Sous la direction du professeur Francesco Ciucci de l’Université de Bayreuth, une équipe de recherche germano-chinoise a développé une nouvelle méthode de division électrochimique de l’eau. Cela accélère non seulement la production d’hydrogène pour la technologie et l’industrie, mais la rend également plus durable. Les chercheurs publié leurs découvertes dans Nature Nanotechnologie.
L’hydrogène revêt une importance cruciale pour la technologie et l’industrie en raison de ses propriétés uniques : c’est l’élément chimique le plus léger, il possède une densité énergétique extrêmement élevée et constitue un carburant sans émissions, car l’eau est le seul sous-produit de sa combustion. Cela fait de l’hydrogène une source d’énergie propre très attractive. Cependant, sa production reste extrêmement gourmande en énergie.
L’hydrogène peut être produit par division électrochimique de l’eau, où les électrodes dans l’eau sont soumises à un courant électrique. La production d’hydrogène durable et économe en énergie grâce à la séparation électrochimique de l’eau avec de l’électricité renouvelable pourrait améliorer considérablement la durabilité de cette source d’énergie.
L’un des plus grands défis de la division électrochimique de l’eau est ce que l’on appelle la réaction de dégagement d’oxygène (REL), une réaction lente dans laquelle les molécules d’eau sont décomposées en leurs composants individuels : l’oxygène et l’hydrogène. Les REL peuvent être accélérées en utilisant des catalyseurs à base de métaux nobles ; cependant, ces métaux sont chers et rares, et accélérer la réaction nécessite une énergie supplémentaire (appelée surpotentiel).
Ce défi a été relevé par une équipe de recherche composée de membres de diverses institutions de recherche chinoises et dirigée par le professeur Ciucci, titulaire de la chaire de conception d’électrodes pour les systèmes énergétiques électrochimiques à l’Université de Bayreuth. Ils ont développé une méthode innovante de division électrochimique de l’eau.
Cette approche utilise de l’iridium atomiquement dispersé comme accélérateurs de réaction, en les couplant avec du diméthylimidazole et de l’hydroxyde de fer et de cobalt. L’innovation clé réside dans la disposition géométrique de ces composants, qui sont configurés dans une orientation hors plan, optimisant les performances et l’efficacité.
Cette approche innovante augmente considérablement l’activité des REL et présente également un surpotentiel ultra faible. De plus, cela réduit l’utilisation de métaux nobles, car seuls des atomes d’iridium individuels sont utilisés, et cela a un impact positif sur la stabilité de la réaction d’accélération.
« Notre étude représente une avancée significative dans le développement d’une accélération efficace et rentable des REL pour la production durable d’hydrogène. En surmontant le défi majeur de la technologie actuelle, nos résultats ont le potentiel de conduire la transition mondiale vers des solutions énergétiques propres », déclare Ciucci, l’auteur principal de l’étude.
Plus d’informations :
Jie Zhao et al, Coordination hors plan d’atomes uniques d’iridium avec des molécules organiques et des hydroxydes de cobalt et de fer pour stimuler la réaction de dégagement d’oxygène, Nature Nanotechnologie (2024). DOI : 10.1038/s41565-024-01807-x