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Un nouveau catalyseur en graphène pour la production d’hydrogène

Posté le par Arnaud Moign dans Matériaux, Biotech & chimie

Les piles à combustible pour la production d’hydrogène ne cessent de s’améliorer. Une équipe internationale de chercheurs a développé un nouveau catalyseur à base de graphène et de nanotubes de carbone, beaucoup plus économique que les catalyseurs traditionnels.

Les piles à hydrogène cristallisent les espoirs et font l’objet de beaucoup de recherches à travers le monde, car les promesses sont immenses. Les piles à combustible deviendront-elles un jour la source d’énergie propre tant attendue qui supplantera définitivement les énergies fossiles ?

Cela fait bientôt 20 ans que la technologie des piles à combustible est considérée comme mature. Les piles à combustible alcalines (AFC) étaient même déjà utilisées par la NASA dans les années 60 ! Pourtant, le développement de cette technologie à grande échelle est confronté à un problème : le coût des catalyseurs. En effet, les électrocatalyseurs actuels sont constitués de métaux nobles et rares (Pt, Ru, Ir…), ce qui fait exploser leur prix, tout en augmentant considérablement l’impact environnemental de cette technologie.

La solution : trouver de nouveaux catalyseurs

Les travaux dirigés par le docteur Mohammad Tavakkoli de l’université finlandaise d’Aalto et publiés dans la revue ACS Catalysis ont pour objectif de remplacer ces catalyseurs par des matériaux alternatifs, composés d’éléments abondants sur terre.

Cette équipe a ainsi développé, en collaboration avec un laboratoire français du CNRS (le CIRIMAT) et un laboratoire autrichien, un matériau hybride très poreux, constitué de graphène, de nanotubes de carbone et dopé par des atomes simples tels que N, Co ou Mo.

Structure du catalyseur à double paroi graphène/nanotubes de carbone. Crédit : Dr.Mohammad Tavakkoli / Aalto Univesity

Une méthode de production innovante

Ces matériaux n’ont pas été choisis au hasard : le graphène, comme les nanotubes de carbone (CNT) sont tous deux des formes allotropiques du carbone dont les propriétés intéressent le monde de la recherche depuis des décennies.

Les chercheurs ont ainsi trouvé une méthode simple et évolutive permettant de faire croître ces nanomatériaux ensemble, de manière à former un produit unique, en une seule étape, ce qui permet de réduire les coûts. Ils sont ainsi l’une des rares équipes au monde à savoir synthétiser de manière évolutive des nanotubes de carbone à double paroi.

Le matériau support a aussi son importance

Les catalyseurs traditionnels sont déposés sur un matériau substrat, dont la réactivité est habituellement considérée comme négligeable. Le catalyseur hybride dont il est question ici se comporte différemment, puisque l’équipe de chercheurs a démontré que le substrat joue un rôle important dans son efficacité. En effet, la structure poreuse du catalyseur donne désormais accès à l’interface catalyseur/substrat, ce qui veut dire qu’en optimisant le substrat, les performances pourraient encore être améliorées.

Pour en savoir plus :

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00352

https://www.aalto.fi/en/news/new-material-developed-could-help-clean-energy-revolution

Pour aller plus loin

Posté le par Arnaud Moign


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