Une équipe dirigée par des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory aux États-Unis a conçu un catalyseur hautement actif qui contient du cobalt entrecoupé d'azote et de carbone et, par conséquent, ne compte pas sur le platine pour stimuler la réaction chimique nécessaire.
Dans un article publié dans la revue Nature Catalysis, les scientifiques affirment que leur invention est quatre fois plus durable que les catalyseurs de structure similaire fabriqués à partir de fer - un autre substitut du platine.
À leur avis, leurs découvertes sont prometteuses pour les piles à combustible dans le transport, car les piles à combustible à membrane échangeuse de protons associées à l'hydrogène nécessitent des catalyseurs très actifs pour que la réaction chimique - la réaction de réduction de l'oxygène qui permet à une pile à combustible de fonctionner efficacement - ait lieu.
Les chercheurs ont commencé à s'intéresser au cobalt car, même si les métaux du groupe du platine (PGM) ont tendance à être le matériau de catalyseur le plus courant pour les piles à combustible PEM, il est très coûteux, tandis que d'autres options telles que les métaux de transition se dégradent rapidement dans le carburant acide de la membrane échangeuse de protons. environnement cellulaire.
«Nous savions que la configuration du cobalt avec de l'azote et du carbone était la clé de l'efficacité de la réaction du catalyseur et que la densité du site actif était d'une importance cruciale pour les performances», a déclaré Yuyan Shao, auteur principal de l'étude, dans un communiqué de presse. «Notre objectif était d'améliorer réellement l'activité de réaction des catalyseurs à base de cobalt.»
Shao a expliqué que lui et son équipe ont immobilisé des molécules à base de cobalt dans les micropores des armatures d'imidazolate zéolithique, qui servaient de barrières protectrices pour diminuer la mobilité des atomes de cobalt et les empêcher de se regrouper. Ils ont ensuite utilisé une pyrolyse à haute température pour convertir les atomes en sites catalytiquement actifs dans le cadre.
Au sein de cette structure, ils ont découvert que la densité des sites actifs augmentait considérablement, augmentant à son tour l'activité réactionnelle. Cela a permis d'atteindre l'activité la plus élevée dans les piles à combustible rapportée à ce jour pour les catalyseurs sans fer et sans métal du groupe du platine.
L'équipe a également découvert, pour la première fois, des différences significatives dans la démétallation, où les ions métalliques sont lessivés du catalyseur et ce catalyseur perd alors son activité. Ils ont également découvert que les radicaux oxygène du peroxyde d'hydrogène, un sous-produit de la réduction de l'oxygène dans les piles à combustible, attaquent les catalyseurs et entraînent une perte de performance.
«En fin de compte, nous avons pu non seulement améliorer l'activité du catalyseur à base de cobalt, mais nous avons également considérablement amélioré la durabilité», a déclaré Shao.
«Notre enquête plus approfondie nous a amenés à découvrir les mécanismes qui dégradent généralement ces types de catalyseurs.»
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