L'hydrogène est considéré comme la source d'énergie verte la plus prometteuse, car il ne produit que de l'oxygène et de l'eau. Différentes méthodes permettent de produire de l'hydrogène gris, bleu et vert. Le procédé et le type d'hydrogène produit dépendent de la source d'énergie et des émissions de carbone. Parmi ces méthodes, la production d'hydrogène vert est la plus respectueuse de l'environnement, car elle n'émet aucun CO₂. C'est pourquoi les chercheurs s'efforcent d'améliorer la production d'hydrogène vert à partir de MXènes actifs.
Une équipe de recherche de l' Institut coréen des sciences et technologies (KIST), dirigée par le Dr Albert Sung Soo Lee en collaboration avec le groupe du professeur Chong Min Koo de l'université Sungkyunkwan, a développé un MXène à base de molybdène stable à l'oxydation comme support d'électrocatalyseur dans les électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions.
Le rapport récemment publié souligne la stabilité du MXène face aux conditions oxydantes de haute tension . L'expérience montre que le MXène peut être utilisé comme matériau d'électrode pour la réaction de dégagement d'oxygène en vue de la production d'hydrogène vert. Ceci pourrait également réduire son coût de production.
Production d'hydrogène vert et besoin de MXène
La décomposition de l'eau en molécules d'hydrogène et d'oxygène nécessite beaucoup d'énergie. Un catalyseur composé de minuscules particules nanométriques offrant une plus grande surface de réaction peut réduire l'énergie requise par le processus.
Cependant, l'efficacité de la production d'hydrogène diminue avec le temps, car les particules du catalyseur s'agglomèrent. Pour éviter cela, le carbone est principalement utilisé comme cathode, mais il s'oxyde en CO₂ lors de la réaction d'oxydation de l'anode.
Ainsi, les nanomatériaux Mxene sont utilisés comme supports. Composés d'atomes métalliques (Mo, Ti, Ta, Hf, etc.) et d'atomes de carbone ou d'azote, ils présentent des propriétés conductrices d'électricité. De plus, leur nanostructure 2D est idéale pour supporter le catalyseur. Ces caractéristiques les rendent favorables à la production d'hydrogène.
Dans le cadre d'une autre recherche, des chercheurs de l'UT développent un carburant hydrogène à partir de roches riches en fer.
Points forts: Production améliorée d'hydrogène vert à partir de MXenes actifs
- Les MXènes sont à base de titane et, en raison de leur nature atomique, ils s'oxydent facilement dans l'eau. Cela explique l'inconvénient inhérent du catalyseur : il ne peut pas maintenir une conductivité électrique élevée.
- Pour surmonter cette limitation, l’équipe a développé un MXene à base de carbure de molybdène comme catalyseur de support.
- Le MXene à base de molybdène crée des liaisons solides entre les atomes de molybdène et les matériaux actifs cobalt à la surface.
- La production d’hydrogène est augmentée de 2.45 fois en raison des liaisons chimiques résultant de la réaction.
- La durabilité des cellules s'améliore de 10 fois par rapport aux résultats du dernier MXene à base de titane (qui était inférieur à 40 heures).
- La nouvelle approche réduit le coût de production de l’hydrogène vert.
- Il sera appliqué aux usines de production d’hydrogène à grande échelle et aux centrales électriques.
Le Dr Albert Sung Soo Lee du KIST déclare : « En contrôlant les éléments qui composent le MXène, nous avons pu trouver des candidats appropriés pour les environnements de production d'hydrogène vert et, grâce à cela, nous avons obtenu un support MXène stable dans un environnement oxydant. »
« À l’avenir, nous contribuerons à la revitalisation de l’économie basée sur l’hydrogène en développant des catalyseurs d’électrode générateurs d’oxygène à la fois efficaces et durables », a ajouté le Dr Lee.
