La pr\u00e9sente \u00e9tude compare des pr\u00e9dictions computationnelles avec des mesures exp\u00e9rimentales pour d\u00e9montrer l\u2019importance de produire des esp\u00e8ces de nickel hautement r\u00e9actives (Ni4<\/sub>+) pour la conversion catalytique d\u2019eau en oxyg\u00e8ne dans une solution \u00e0 pH neutre.<\/p>\n La conversion de CO2<\/sub> en combustibles et produits \u00e0 base de carbone (comme le m\u00e9thane, le monoxyde de carbone, le m\u00e9thanol et l\u2019\u00e9thyl\u00e8ne) pourrait contribuer \u00e0 r\u00e9duire notre d\u00e9pendance aux combustibles fossiles tout en att\u00e9nuant les \u00e9missions nettes de CO2<\/sub> par l\u2019entremise d\u2019un processus de recyclage du CO2<\/sub>. Pour ce faire, il faut d\u2019abord convertir l\u2019eau en oxyg\u00e8ne, ce qui lib\u00e8re les \u00e9lectrons et les protons n\u00e9cessaires pour transformer le CO2 <\/sub>en combustibles artificiels. Toutefois, en raison de l\u2019absence de catalyseurs efficaces pour l\u2019oxydation de l\u2019eau dans des conditions \u00e0 pH neutre \u2013 les conditions id\u00e9ales pour la conversion du CO2<\/sub> \u2013, il faut beaucoup d\u2019\u00e9nergie pour alimenter le processus global avec un taux de production raisonnable.<\/p>\n Afin de r\u00e9duire cette demande \u00e9nerg\u00e9tique, et d\u2019am\u00e9liorer l\u2019efficacit\u00e9 et le renouvellement \u00e0 un pH neutre, le professeur Ted Sargent (directeur du programme \u00c9nergie solaire bioinspir\u00e9e du CIFAR, Universit\u00e9 de Toronto) et ses coll\u00e8gues ont r\u00e9cemment eu recours \u00e0 une approche atomiste. Les chercheurs ont avanc\u00e9 que la cl\u00e9 est la production de sites m\u00e9talliques hautement r\u00e9actifs (plus sp\u00e9cifiquement, des esp\u00e8ces de nickel hautement charg\u00e9es (Ni4<\/sub>+)) cr\u00e9\u00e9s avec un intrant \u00e9nerg\u00e9tique \u00e9lectrique minimal pour alimenter l\u2019oxydation \u00e9lectrochimique de l\u2019eau dans une solution \u00e0 pH neutre avec une grande efficacit\u00e9. Des \u00e9tudes ant\u00e9rieures ont signal\u00e9 des taux de conversion \u00e9lev\u00e9s \u00e0 un pH neutre avec des catalyseurs m\u00e9talliques contenant du phosphore, et Sargent et ses collaborateurs ont estim\u00e9 que cela pourrait favoriser la formation d\u2019esp\u00e8ces m\u00e9talliques hautement r\u00e9actives dans leurs propres catalyseurs. L\u2019ajout d\u2019autres m\u00e9taux (comme le fer (Fe) et le cobalt (Co)) peut aussi accro\u00eetre l\u2019activit\u00e9 et l\u2019efficacit\u00e9 de l\u2019oxydation de l\u2019eau, sugg\u00e9rant par le fait m\u00eame un autre facteur cl\u00e9 pour l\u2019optimisation de ces mat\u00e9riaux.<\/p>\n \u00c0 cette fin, les chercheurs ont r\u00e9alis\u00e9 une s\u00e9rie de simulations computationnelles pour comprendre l\u2019effet de la pr\u00e9sence de phosphore et d\u2019autres m\u00e9taux sur la stabilit\u00e9 des structures de nickel et, plus sp\u00e9cifiquement, sur la pr\u00e9sence de Ni4<\/sub>+. Ils ont ensuite compar\u00e9 les r\u00e9sultats de ces \u00e9tudes computationnelles avec de v\u00e9ritables mesures exp\u00e9rimentales \u00e0 l\u2019aide d\u2019une technique avanc\u00e9e appel\u00e9e spectroscopie d\u2019absorption des rayons x mous in situ (sXAS) pour trouver ces importants centres de nickel hautement r\u00e9actifs dans leurs mat\u00e9riaux dans des conditions op\u00e9rationnelles. En combinant leur catalyseur d\u2019oxydation de l\u2019eau \u00e0 base de nickel optimis\u00e9 avec un catalyseur de r\u00e9duction du CO2<\/sub> hautement actif, l\u2019\u00e9quipe de recherche a pu faire la d\u00e9monstration d\u2019un \u00e9lectrolyseur de CO2<\/sub> pleinement fonctionnel dans un \u00e9lectrolyte \u00e0 pH neutre avec une efficacit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e, un intrant \u00e9nerg\u00e9tique \u00e9lectrique faible et une stabilit\u00e9 \u00e0 long terme pour la production de combustibles artificiels.<\/p>\n La pr\u00e9sente \u00e9tude a confirm\u00e9 l\u2019importance des dopants m\u00e9talliques et \u00e0 base de phosphore pour stabiliser les sites de nickel hautement r\u00e9actifs dans des catalyseurs m\u00e9talliques mixtes pour la conversion de l\u2019eau en oxyg\u00e8ne. Des calculs th\u00e9oriques \u00e0 l\u2019aide de la th\u00e9orie de la fonctionnelle de la densit\u00e9 (DFT) et des mesures exp\u00e9rimentales \u00e0 l\u2019aide de sXAS ont tous deux confirm\u00e9 la pr\u00e9sence et la stabilit\u00e9 de Ni4+ dans des conditions op\u00e9rationnelles, et cela constitue la cl\u00e9 pour obtenir une activit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e dans ces mat\u00e9riaux. Le catalyseur \u00e0 base d\u2019oxyhydroxide de NiCoFeP a surpass\u00e9 tous les autres catalyseurs \u00e0 l\u2019\u00e9tude, y compris le catalyseur \u00e0 base d\u2019IrO2, le meilleur sur le march\u00e9, et cela fait la d\u00e9monstration du premier catalyseur abondant sur Terre qui surpasse invariablement un catalyseur \u00e0 base d\u2019oxyde m\u00e9tallique pour l\u2019oxydation de l\u2019eau dans une solution \u00e0 pH neutre. Il a \u00e9t\u00e9 constat\u00e9 que ce catalyseur fonctionne pendant pr\u00e8s de 100\u00a0heures sans pratiquement aucune perte d\u2019efficacit\u00e9 et, en combinaison avec un catalyseur de r\u00e9duction du CO2<\/sub> de pointe, il pourrait convertir l\u2019eau et le CO2<\/sub> en oxyg\u00e8ne et en monoxyde de carbone avec une efficacit\u00e9 globale de 63\u00a0pour cent, sans pratiquement aucune perte d\u2019activit\u00e9 sur de longues p\u00e9riodes d\u2019essais.<\/p>\n La pr\u00e9sente \u00e9tude a d\u2019importantes r\u00e9percussions sur le d\u00e9veloppement commercial d\u2019\u00e9lectrolyseurs de CO2<\/sub>. En particulier, l\u2019optimisation des catalyseurs d\u2019oxydation de l\u2019eau dans un \u00e9lectrolyte \u00e0 pH neutre constitue une \u00e9tape importante pour r\u00e9duire la quantit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire au fonctionnement de ces \u00e9lectrolyseurs, car ceux-ci requi\u00e8rent habituellement deux \u00e9lectrolytes diff\u00e9rents s\u00e9par\u00e9s par une membrane qui peut cr\u00e9er une r\u00e9sistance ind\u00e9sirable \u00e0 travers le syst\u00e8me. De plus, la stabilit\u00e9 \u00e0 long terme d\u00e9montr\u00e9e par ces catalyseurs efficaces, abondants et peu co\u00fbteux constitue la cl\u00e9 de la mise au point d\u2019un syst\u00e8me d\u2019\u00e9lectrolyse fiable \u00e0 l\u2019\u00e9chelle industrielle. De tels syst\u00e8mes, sous la forme la plus avanc\u00e9e, pourraient avoir des applications dans tout le paysage industriel, qu\u2019il s\u2019agisse de raffineries, d\u2019usines de fabrication ou de postes de ravitaillement, voire, un jour, de r\u00e9sidences priv\u00e9es.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" OBJET DE L\u2019\u00c9TUDE La pr\u00e9sente \u00e9tude compare des pr\u00e9dictions computationnelles avec des mesures exp\u00e9rimentales pour d\u00e9montrer l\u2019importance de produire des esp\u00e8ces de nickel hautement r\u00e9actives […]<\/p>\n","protected":false},"author":65,"featured_media":38669,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[3862,932],"tags":[],"class_list":["post-21332","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-compte-rendu-de-recherche","category-industrie-et-technologie"],"acf":[],"yoast_head":"\nCONTEXTE<\/h2>\n
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