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Une nouvelle technique d'imagerie pour observer la dégradation des catalyseurs in situ

Les piles à combustibles sont considérées comme l'une des technologies les plus propres pour la production d'électricité. Pourtant, leur faible efficacité et la mauvaise stabilité des catalyseurs à base de platine font de cette technologie de conversion de l'énergie, un réel défi. Des chercheurs financés par l'UE ont réussi à développer une technique de visualisation hautement sophistiquée capable d'identifier les causes de l'altération des catalyseurs de platine au niveau nanométrique.
Une nouvelle technique d'imagerie pour observer la dégradation des catalyseurs in situ
Les piles à combustibles convertissent l'énergie chimique en électricité en faisant réagir hydrogène et oxygène au niveau de leurs électrodes. Les catalyseurs fonctionnels comme le platine ou d'autres métaux précieux jouent un rôle essentiel dans le processus de conversion énergétique en le rendant plus efficace mais ils subissent parallèlement des altérations qui deviennent progressivement irréversibles. Les techniques d'imagerie couramment utilisées pour analyser la structure et la morphologie des échantillons de métal en milieu sec ne peuvent pas être exploitées en solution pour les particules individuelles car celles-ci ne sont pas statiques.

Le projet ELWBINSTEM (Development of electrochemical water based in-situ TEM and study of platinum based nanoparticles potential- and time-dependent changes), financé par l'UE, a tenté de relever ce défi en développant une technique de visualisation basée sur la microscopie électronique de transmission in situ dont les images correspondent directement aux changements structuraux du catalyseur et à ses propriétés physiques et chimiques au niveau atomique. Cette nouvelle méthode d'imagerie qui renforce nos connaissances concernant les corrélations entre la performance électrochimique du platine et ses propriétés fondamentales, nous apporte également une résolution dix fois supérieure à celle des techniques actuelles.

Les chercheurs ont ainsi développé une technique hydrophile qu'ils ont appelée TEM électrochimique in situ pour étudier les catalyseurs métalliques dans leur environnement liquide. Cette technique TEM liquide in situ utilise des supports spéciaux qui permettent de maintenir le liquide dans un conteneur étanche, protégeant à la fois l'échantillon métallique du vide établi dans le microscope et le microscope du liquide. Pour générer cette chambre isolant le métal du vide résidant dans le microscope, le support TEM est constitué d'une paire de puces en silice entourant des membranes minces de nitrures de silicium. La chambre est reliée à un potentiostat externe.

Grâce à cette technologie hautement sophistiquée, les chercheurs et ingénieurs devraient pouvoir bénéficier de la très haute résolution des microscopes électroniques actuels et des capacités analytiques extraordinaires de ce système électrochimique (support TEM). Elle permettra par conséquent aux chercheurs de mieux comprendre les propriétés physiques fondamentales des nanocatalyseurs et d'optimiser non seulement les piles à combustibles mais également d'autres systèmes électrochimiques tels que batteries de smartphones ou autres.

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Mots-clés

Catalyseur, platine, conversion énergétique, ELWBINSTEM, électrochimique, in situ TEMEM