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Fundamentals and Applications of Inorganic Oxygen Evolution Catalysts

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Un pas de plus vers l’hydrogène vert grâce à un nouveau catalyseur prometteur

Le combustible à base d’hydrogène produit à partir de l’énergie solaire est considéré par certains comme la solution énergétique propre de demain. La découverte d’un catalyseur très performant pour la production d’hydrogène pourrait accélérer la mise sur le marché de cette technologie.

Énergie icon Énergie

Les besoins énergétiques futurs pourraient être basés sur l’hydrogène en tant que vecteur énergétique. Les applications potentielles vont des véhicules (voitures, navires et trains) aux habitations et aux processus industriels. La production d’hydrogène à partir de sources d’énergie renouvelables en fait un combustible propre: sa transformation en pile à combustible ne produit que de l’eau. L’énergie solaire peut être stockée sous forme de combustible à base d’hydrogène en séparant l’eau en hydrogène et en oxygène au cours d’un processus appelé électrolyse. La réaction d’évolution de l’oxygène (OER), qui constitue la réaction clé de ce processus, nécessite des catalyseurs. Pour permettre la production à grande échelle d’hydrogène solaire, il faudra développer des catalyseurs efficaces et robustes à l’aide de matériaux peu coûteux.

Une performance décuplée

Le projet FANOEC (Fundamentals and Applications of Inorganic Oxygen Evolution Catalysts), soutenu par le Conseil européen de la recherche (CER), a ouvert de nouvelles perspectives dans ce domaine en identifiant un catalyseur qui remplit toutes les conditions. «Nous avons découvert un catalyseur bifonctionnel fer‑nickel dont les performances sont environ dix fois supérieures à celles du catalyseur de référence», explique Xile Hu, professeur de chimie à l’institut fédéral suisse de technologie à Lausanne et chercheur principal du projet FANOEC. Le catalyseur nouvellement découvert peut être facilement préparé et présente une stabilité à long terme. Son mécanisme bifonctionnel, qui fait intervenir deux sites actifs coopératifs, augmente l’activité du catalyseur, améliorant ainsi ses performances globales.

Une compréhension approfondie

Si l’on sait depuis longtemps que les oxydes métalliques présentent un potentiel en tant que catalyseurs OER, nos connaissances sur le fonctionnement exact de ce mécanisme étaient jusqu’à présent limitées. L’équipe de chercheurs de FANOEC est parvenue à comprendre en profondeur le phénomène OER sur les oxydes métalliques au niveau moléculaire, et à développer de meilleurs catalyseurs sur la base de cette compréhension: «Le projet a donné naissance à certains des meilleurs catalyseurs susceptibles d’être utilisés dans des dispositifs futurs», remarque Xile Hu. Pour y parvenir, l’équipe a développé plusieurs nouveaux outils afin de mieux comprendre le fonctionnement moléculaire des catalyseurs OER. Sur la base de ces connaissances, elle a mis au point de nouvelles méthodes de synthèse et décrit les principes clés de la conception de catalyseurs OER efficaces.

Vers des dispositifs de nouvelle génération

Leurs résultats ouvrent la voie à l’amélioration des électrolyseurs et à leur développement à grande échelle. «La mise à l’échelle de ces dispositifs de séparation de l’eau s’avère actuellement encore trop onéreuse et complexe», souligne Xile Hu. Le projet a apporté une contribution importante pour surmonter ces obstacles: «Il fournit des connaissances et même un catalyseur candidat à utiliser dans les électrolyseurs de prochaine génération.» Avec ses collègues, Xile Hu étudie actuellement de nouvelles façons d’intégrer les catalyseurs dans les électrolyseurs et de développer des dispositifs plus efficaces. Selon Xile Hu, il reste toutefois beaucoup de travail à faire avant de voir les combustibles à base d’hydrogène vert arriver sur le marché: «Il faut encore optimiser les systèmes et mener des recherches supplémentaires pour que la production d’hydrogène neutre en carbone à grande échelle devienne une réalité. Le monde universitaire et l’industrie doivent également collaborer ensemble.»

Mots‑clés

FANOEC, combustible à base d’hydrogène, réaction d’évolution de l’oxygène, OER, catalyseur, oxyde métallique, énergie solaire, électrolyseur

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