Dans la recherche d'alternatives durables aux sources d'énergie carbonées, l'efficacité et l'évolutivité des technologies jouent un rôle crucial. Les avancées dans les catalyseurs à double atome stimulent les énergies renouvelables, et plus particulièrement les systèmes de séparation de l'eau (SSE), offrant une solution prometteuse. L'utilisation de CNA permet d'améliorer des réactions importantes comme la réduction/évolution de l'oxygène et l'évolution de l'hydrogène. Cela représente une avancée technologique significative pour les batteries grâce à des catalyseurs à double atome efficaces pour la conversion d'énergie.
Des scientifiques de l' Institut de bioénergie et de bioprocédés de Qingdao, en Chine, s'efforcent d' améliorer les performances des systèmes d'électrolyse de l'eau (SEE ) en optimisant la conception des demi-réactions clés. Ces réactions comprennent la réduction de l'oxygène, le dégagement d'oxygène et le dégagement d'hydrogène. Des technologies rapides, efficaces et adaptables à grande échelle sont indispensables pour trouver des alternatives durables aux sources d'énergie carbonées. Les batteries solaires, sous forme de systèmes d'électrolyse de l'eau (SEE), constituent une solution prometteuse. Cependant, la complexité et la lenteur des étapes réactionnelles associées aux SEE freinent actuellement leur adoption à grande échelle. Les catalyseurs à double atome améliorent la vitesse et les performances des réactions importantes. En faisant le lien entre les catalyseurs à atome unique et les catalyseurs à nanoparticules métalliques/alliages, ils permettent de réaliser des progrès remarquables dans ces procédés.
L'auteur principal de l'étude, Jiang Heqing, a déclaré : « Les réactions de réduction/évolution de l'oxygène et d'évolution de l'hydrogène sont les réactions centrales, impliquant des processus de couplage multi-proton-électron, qui sont cinétiquement lentes ; il est donc urgent de développer des matériaux électrocatalytiques efficaces, stables et peu coûteux pour améliorer leur efficacité de conversion. »
Importance des DAC
Les catalyseurs à double atome (DAC) possèdent plusieurs atomes métalliques par site actif, ce qui leur confère une importance particulière en catalyse énergétique. Ils présentent une activité catalytique polyvalente, une utilisation efficace des atomes et une meilleure interaction avec les intermédiaires réactionnels que les catalyseurs à atome unique (SAC). De plus, l'utilisation de SAC dans les systèmes de conversion d'énergie réduit considérablement l'efficacité de cette conversion en raison des barrières réactionnelles élevées.
Les deux atomes métalliques présents dans les cellules à enclumes de diamant (DAC) créent un effet synergique qui permet une modulation efficace des effets coopératifs entre les deux sites actifs. Ceci entraîne une diminution significative des barrières énergétiques nécessaires à la réaction.
Importance des méthodes de frittage
Pour étendre le potentiel des cellules à double atome (DAC) et favoriser leur utilisation à grande échelle, il est essentiel d'approfondir leur mécanisme de synthèse par frittage à haute température. Ceci accélérera sans aucun doute leur développement et facilitera leur commercialisation. Le procédé d'atomisation et de frittage vise à transformer le cobalt en nanoparticules par atomisation, puis à les utiliser pour créer des espèces monoatomiques (SA) et biatomiques (DA) par frittage.
L'importance stratégique de cette recherche réside dans sa capacité à révéler diverses applications de l'atomisation/frittage pour la création de 21 autres cellules à enclumes de diamant (DAC). La compréhension du processus de formation de ces DAC ouvrira de nombreuses perspectives pour l'exploitation durable de l'énergie. L'augmentation du nombre de DAC accroîtra le potentiel de progrès dans ce domaine.
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Composé stable et résultats prometteurs
Le composé biatomique Co₂N₅ a été soumis à des tests rigoureux dans des batteries zinc-air, et les résultats se sont avérés très prometteurs. La remarquable stabilité de ces batteries, atteignant environ 800 heures (soit un mois) , est exceptionnelle. De plus, elles présentent une autre caractéristique remarquable : la capacité d'électrolyser l'eau en continu pendant environ 1 000 heures (soit un mois et demi), assurant un fonctionnement ininterrompu , même dans l'obscurité. Ces résultats témoignent d'une avancée majeure dans le domaine des batteries.
Jiang Heqing a déclaré : « Les travaux sur les DAC se poursuivent. Cette stratégie universelle et évolutive offre des possibilités pour la conception contrôlée de catalyseurs à double atome multifonctionnels efficaces dans les technologies de conversion d'énergie. »
Les progrès réalisés dans le domaine des catalyseurs à double atome stimulent le développement des énergies renouvelables, mais des améliorations supplémentaires sont possibles pour optimiser les performances des catalyseurs bimétalliques. Il est également instructif d'évaluer leurs performances dans diverses conditions, comme à basses températures ou en eau de mer, afin d'identifier les obstacles potentiels à leur utilisation à grande échelle ou à leur commercialisation.
