Propriétés électrochimiques de catalyseurs à base d'oxides de métaux – EC+MEC

La production d’hydrogène est l'une des solutions prometteuses pour stocker l'énergie non fossile. H2 est considéré comme une excellente source d'énergie propre pour l'avenir. Sa production par électrolyse de l'eau en utilisant une énergie électrique renouvelable (solaire, éolien, etc.) est un processus efficace sans émission de CO2. Sa reconversion en énergie électrique au moyen de piles à combustibles est également exempte d’émission de CO2. L'électrolyse de l'eau consiste en la réaction de dégagement d'hydrogène (HER) à la cathode et la réaction de dégagement d'oxygène (OER) à l'anode. L'un des principaux objectifs dans le domaine des cellules basées sur l'électrolyse est la diminution de la différence de potentiel nécessaire pour conduire ces deux réactions, c'est à dire, la conception des catalyseurs efficaces pour HER et OER. Par conséquent, même si O2 qui est abondant dans l'atmosphère n'est pas un composé limitant dans la technologie des piles à combustible, sa production efficace est un moyen direct pour convertir l'énergie durable en énergie électrique à un coût énergétique faible.

Les catalyseurs efficaces pour l'électrolyse de l'eau sont généralement basés sur les métaux nobles du groupe du Pt. Cependant, ils ne présentent pas une solution économiquement viable pour la production de H2 à grande échelle. Des études récentes ont tenté de concevoir de nouveaux catalyseurs sans métaux nobles. Certaines d'entre elles ont montré que les oxydes des métaux du groupe du Fe sont de très bons candidats comme catalyseurs efficaces pour OER et qu'ils répondent à toutes les exigences ci-dessus pour une technologie de l'électrolyse de l'eau durable. Ce champ de recherche prometteur est seulement à ses débuts et peu de choses sont connues sur les mécanismes de réactions catalytiques de ces oxydes. Nous pensons que toute nouvelle stratégie pour synthétiser des catalyseurs modèles afin de démêler les mécanismes de réaction sera un pas en avant pour améliorer de manière significative la conversion d'énergie et aura un grand impact économique.

Le projet EC–MEC cible la synthèse de catalyseurs modèles, à base d’oxyde de métaux du groupe fer, pour la réaction OER afin d’établir des corrélations directes entre les propriétés catalytiques et leur structure à l'échelle atomique. Cette stratégie permettra de comprendre les mécanismes de l’OER et d’améliorer les performances des catalyseurs dans les cellules d'électrolyse. Le projet prévoit de synthétiser des couches épitaxiées d'oxydes de métaux et d'alliages du groupe de Fe ayant une structure bien–définie utilisant l'électrochimie à température. Nous utiliserons des techniques à l'état de l'art pour mener à bien ces études dans des conditions in-operando et relier les propriétés catalytiques et la structure des catalyseurs dans des conditions de réaction. Le projet est un projet franco-allemand commun avec le partenaire EP (Ecole Polytechnique, Palaiseau, France) et le partenaire IEAP (Institut de physique expérimentale et appliquée, Université de Kiel, Allemagne) et qui sera coordonné par le EP. Il bénéficiera également d'une collaboration déjà existante entre le partenaire EP et le groupe de Jeffrey Greeley (Purdue University, Etats-Unis), qui effectue les calculs de la fonctionnelle densité sur les oxydes métalliques dans l'environnement électrochimique.