Production d’Hydrogène Moins Chère
La fabrication électrolytique d’hydrogène alimentée par des ressources renouvelables est considérée comme un moyen respectueux de l’environnement de soulager les problèmes environnementaux et énergétiques internationaux. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche a présenté un nouveau matériau à faible coût pour les électrodes pouvant permettre une production d’hydrogène très fiable et économe en énergie : des nanosphères poreuses et phosphorées CoNi2S4 à coquille jaune.
Les demi-réactions de l’électrolyse de l’eau – développement de l’hydrogène et de l’oxygène – sont malheureusement lentes et nécessitent beaucoup de puissance. Des électrodes catalytiquement fiables, en particulier celles à base de métaux précieux, peuvent accélérer les procédures électrochimiques et améliorer leur efficacité énergétique. Néanmoins, leur utilisation intensive est entravée par des coûts élevés, une richesse minimale et également une stabilité réduite. Les alternatives basées sur des métaux abondants et peu coûteux ne fonctionnent généralement pas de manière satisfaisante pour les deux demi-réponses.
Une équipe dirigée par Shuyan Gao (Henan Typique College, Chine) ainsi que Xiong Wen (David) Lou (Nanyang Technological University, Singapour) a actuellement mis en place un nouveau matériau d’électrode multifonctionnel abordable à base de cobalt (monoxyde de carbone) ainsi qu’un nickel (Ni) pour une production électrocatalytique efficace d’hydrogène. Pour fabriquer le produit, des nanosphères construites à partir de cobalt-nickel-glycérate sont soumises à une sulfuration hydrothermale incorporée et à une phosphorisation en phase gazeuse. Cela forme des choses appelées nanoparticules vitellines produites à partir de sulfure de cobalt-nickel dopé au phosphore (P-CoNi2S4). Ce sont de minuscules sphères avec un noyau compact et un revêtement poreux avec un espace entre les deux, comme un œuf dont le jaune est entouré par le blanc d’œuf et ne touche pas le revêtement.
Le dopage au phosphore augmente la proportion de Ni3+ par rapport à Ni2+ dans les particules creuses et permet un transfert de charge plus rapide, déclenchant ainsi des réponses électrocatalytiques plus rapides. Le matériau peut être utilisé comme anode ou cathode et présente une tâche et une sécurité élevées dans la production d’hydrogène et d’oxygène dans l’électrolyse de l’eau.
Pour réduire la tension générale de la cellule d’électrolyse, des principes d’électrolyse hybride sont en outre à l’étude. Par exemple, au lieu d’être combinée à la production d’oxygène, la fabrication d’hydrogène pourrait être combinée à l’oxydation de l’urée, qui nécessite considérablement moins d’énergie. Les ressources en urée peuvent consister en des flux de déchets provenant de synthèses commerciales en plus des égouts hygiéniques. Les nouvelles nanoparticules sont également très bénéfiques pour cette demi-réaction.
L’électrolyse de l’eau et de l’urée nécessite une tension de cellule relativement faible (1,544 V ou 1,402 V, en particulier, à 10 mA cm -2 sur 100 heures). Cela rend les nouveaux fragments de coquille de jaune bimétalliques supérieurs à la plupart des électrocatalyseurs à base de sulfure de nickel et de métaux précieux bien connus. Ils offrent une approche prometteuse pour la fabrication électrochimique d’hydrogène, en plus du traitement des eaux usées contenant de l’urée.
Référence: Xue Feng Lu et al, Phosphorized CoNi 2 S 4 Yolk‐Shell Spheres for Highly Efficient Hydrogen Production via Water and Urea Electrolysis, Angewandte Chemie International Edition (2021). DOI: 10.1002/anie.202108563
