Les chercheurs ont développé un nanocatalyseur avancé au platine qui améliore considérablement l’efficacité de la production d’hydrogène. Ce catalyseur hybride révolutionnaire présente une activité et une stabilité plus élevées et devrait être utilisé dans les véhicules à hydrogène. Les données du ministère sud-coréen du Territoire, des Infrastructures, des Transports et du Tourisme montrent que d’ici 2022, il y aura environ 30 000 véhicules à hydrogène immatriculés en Corée du Sud, soit trois fois plus qu’en 2018. Cependant, la Corée du Sud ne dispose que de 135 stations de ravitaillement en hydrogène.
Pour que l’hydrogène devienne plus facilement disponible pour une utilisation dans les véhicules et soit reconnu comme une source d’énergie alternative fiable, les coûts de production de l’hydrogène doivent être réduits et sa viabilité économique doit être assurée. L’optimisation de l’efficacité du processus de dégagement d’hydrogène par électrolyse, qui produit de l’hydrogène gazeux à partir de l’eau, est au cœur de cet objectif.
Récemment, une équipe de recherche composée du professeur InSuLee, du professeur de recherche SoumenDutta et de ByeongSuGu du département de chimie de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) a considérablement amélioré l'efficacité de la production d'hydrogène, une énergie verte, en développant des nanocatalyseurs en platine.
Ils y sont parvenus en déposant progressivement deux métaux différents. Leurs découvertes ont été publiées dans Angewandte Chemie, une revue très respectée dédiée au domaine de la chimie.
Le dépôt sélectif de différents matériaux, dont les dimensions sont de l’ordre du nanomètre, à des endroits spécifiques de la surface du catalyseur pose des défis importants. Un dépôt accidentel peut bloquer les sites actifs du catalyseur ou interférer avec la fonctionnalité de chacun. Ce dilemme empêche le dépôt simultané de nickel et de palladium sur un même matériau. Le nickel est responsable de l'activation de la division de l'eau, tandis que le palladium facilite la conversion des ions hydrogène en molécules d'hydrogène.
L’équipe de recherche a développé un nouveau type de nanoréacteur capable de contrôler finement la position du métal déposé sur des nanocristaux planaires bidimensionnels. En outre, ils ont également conçu un processus de dépôt fin à l’échelle nanométrique qui permet à différents matériaux de recouvrir différentes faces des nanocristaux de platine bidimensionnels. Cette nouvelle méthode a permis de développer un matériau catalyseur hybride trimétallique « platine-nickel-palladium ». Grâce à un dépôt continu, les nanofilms de palladium et de nickel recouvrent respectivement sélectivement les plans et les bords des nanocristaux de platine bidimensionnels.
Le catalyseur hybride possède des interfaces uniques nickel/platine et palladium/platine, qui sont utilisées respectivement pour favoriser les processus de séparation de l'eau et de génération moléculaire d'hydrogène. Par conséquent, la synergie de ces deux processus différents améliore considérablement l’efficacité du dégagement d’hydrogène par électrolyse.
Les résultats de la recherche montrent que par rapport aux catalyseurs traditionnels au platine et au carbone, l'activité catalytique du nanocatalyseur hybride à trois métaux est multipliée par 7,9. De plus, ce nouveau catalyseur présente une stabilité remarquable et maintient une activité catalytique élevée même après des temps de réaction allant jusqu'à 50 heures. Cela résout le problème des interférences fonctionnelles ou des collisions entre interfaces hétérogènes.
Le professeur InSuLee, qui a dirigé la recherche, a exprimé son optimisme : « Nous avons réussi à développer une interface hétérogène harmonieuse formée sur des matériaux hybrides et à surmonter les défis du processus. J'espère que les résultats de la recherche pourront être largement utilisés dans le développement de matériaux catalytiques pour la réaction de l'hydrogène. »