Le potentiel de l’électrode transforme les surfaces MXene
Crédit: Journal de l’American Chemical Society (2024). DOI : 10.1021/jacs.4c08518
Les MXènes sont une classe de matériaux bidimensionnels découverts en 2011. Des études théoriques prédisaient auparavant qu’ils ne seraient pas catalytiquement actifs dans les processus anodiques. Les chercheurs dirigés par le professeur Kai S. Exner, chef du département de catalyse théorique et d’électrochimie de l’université de Duisburg-Essen (UDE), ont réfuté cette théorie grâce à une modélisation multi-échelle.
Les scientifiques ont découvert que lorsqu’un potentiel d’électrode est appliqué, la surface du MXene se transforme en une structure en forme de brosse. Les atomes de métaux non nobles migrent et forment ce que l’on appelle des « structures de type SAC » (semblables à un catalyseur à un seul atome). Ces catalyseurs interviennent dans deux réactions importantes, à savoir les réactions de dégagement d’oxygène et de dégagement de chlore.
Le résultat est un matériau dont la surface présente des sites catalytiquement actifs sans ajout de métaux précieux. “Nous avons conclu que les MXènes se comportent de manière similaire aux enzymes dans un environnement électrochimique. En appliquant un potentiel d’électrode, leurs sites actifs sont créés directement au cours du processus”, explique Exner. La recherche est publiée dans le Journal de l’American Chemical Society.
L’équipe a également pu montrer que les structures résultantes de type SAC sont sélectives : si de l’eau et des ions chlorure se trouvent simultanément dans l’environnement de réaction, seul du chlore gazeux se forme. La formation de ce produit chimique de base est un processus clé dans l’industrie chimique, qui produit plus de 70 millions de tonnes de chlore gazeux (Cl2) par an. Cl2 est nécessaire à la production de produits pharmaceutiques, de plastiques, de batteries et au traitement de l’eau.
Cependant, lorsque seule de l’eau est disponible dans l’électrolyte, la surface active du MXène facilite la production d’oxygène gazeux (O2) au moyen du dégagement d’oxygène, une étape importante dans la formation d’hydrogène vert dans un électrolyseur.
Cette découverte peut grandement simplifier la production de catalyseurs à un seul atome. L’élimination des métaux précieux coûteux réduit également les coûts et les dépendances.
Plus d’informations :
Samad Razzaq et al, les MXenes forment spontanément des centres actifs et sélectifs à un seul atome dans des conditions de polarisation anodique, Journal de l’American Chemical Society (2024). DOI : 10.1021/jacs.4c08518
Fourni par l’Université de Duisburg-Essen
Citation: Evolution de l’oxygène et du chlore sans métaux nobles : le potentiel de l’électrode transforme les surfaces MXene (2024, 17 décembre) récupéré le 17 décembre 2024 sur
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