Les complexités de la catalyse
Un catalyseur s'associe de manière réversible avec un ou plusieurs produits, facilitant une réaction sans être consommé au passage. Une fois qu'une catalyse est terminée, le catalyseur peut recommencer le processus à l'infini, accélérant la réaction et augmentant sa productivité. Le mécanisme d'association se doit d'être très spécifique, car les produits de la réaction peuvent être en compétition avec d'autres composés de structure similaire. Pour rechercher des catalyseurs moins coûteux à destination des piles à combustibles, qui promettent d'être respectueuses de l'environnement, il est essentiel de comprendre cette compétition. Le nouveau projet ELCAMI («Electrocatalysis on model interfaces»), financé par l'UE, a utilisé la spectroscopie in situ infrarouge/Raman pour évaluer la structure locale et la réactivité de nouvelles cathodes à base de palladium. Les scientifiques ont comparé quatre types de systèmes à base de palladium, pour remplacer le coûteux platine dans les piles à combustible à membrane et électrolyte en polymère, fonctionnant à basse température (LT-PEMFC). Ils se sont intéressés à la réaction de réduction de l'oxygène qui survient à la cathode. Leurs travaux ont éclairci le rôle des alcools adsorbants (-OH) et des oxydes de surface dans la cinématique de cette réaction. En effet, ces espèces chimiques sont en concurrence avec l'oxygène moléculaire pour les sites de catalyse. Grâce à l'étude in situ de la surface de cristaux uniques, les chercheurs ont révolutionné la compréhension des processus fondamentaux d'oxydation et de réduction lors de l'électrocatalyse. Ils ont ainsi apporté des informations très attendues sur l'électrochimie des cathodes à base de palladium pour les LT-PEMFC économiques. Dans un contexte plus large, les chercheurs ont démontré la possibilité de conduire in situ des expériences de spectroscopie infrarouge/Raman pour éclaircir les relations entre la structure et la spécificité lors de la catalyse. Les méthodes d'ELCAMI et les procédures associées pour la mesure expérimentale de la catalyse promettent une nouvelle ère de découvertes et d'innovations. Une énergie plus propre et économique sera bientôt disponible.
Mots‑clés
Catalyseur, cristal unique, piles à combustible, infrarouge/Raman, spectroscopie, cathodes, LT-PEMFC, réaction de réduction de l'oxygène, alcools adsorbants
