L’eau de mer est l’une des ressources les plus abondantes sur terre, prometteuse à la fois comme source d’hydrogène – souhaitable comme source d’énergie propre – et d’eau potable dans les climats arides. Mais même si les technologies de séparation de l’eau capables de produire de l’hydrogène à partir de l’eau douce sont devenues plus efficaces, l’eau de mer reste un défi.

Des chercheurs de l'Université de Houston ont rapporté une avancée significative avec un nouveau catalyseur de réaction de dégagement d'oxygène qui, combiné à un catalyseur de réaction de dégagement d'hydrogène, a atteint des densités de courant capables de répondre aux demandes industrielles tout en nécessitant une tension relativement basse pour démarrer l'électrolyse de l'eau de mer.

Les chercheurs affirment que le dispositif, composé de nitrures de métaux non nobles bon marché, parvient à éviter bon nombre des obstacles qui ont limité les tentatives antérieures visant à produire à moindre coût de l'hydrogène ou de l'eau potable à partir de l'eau de mer. Le travail est décrit dans Nature Communications.

Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à l'UH et auteur correspondant de l'article, a déclaré qu'un obstacle majeur était l'absence d'un catalyseur capable de diviser efficacement l'eau de mer pour produire de l'hydrogène sans également libérer des ions de sodium, de chlore et de calcium. et d'autres composants de l'eau de mer qui, une fois libérés, peuvent se déposer sur le catalyseur et le rendre inactif. Les ions chlore sont particulièrement problématiques, en partie parce que le chlore nécessite pour être libéré une tension légèrement supérieure à celle nécessaire pour libérer l'hydrogène.

Les chercheurs ont testé les catalyseurs avec de l’eau de mer provenant de la baie de Galveston, au large des côtes du Texas. Ren, professeur de physique titulaire de la chaire MD Anderson à l'UH, a déclaré que cela fonctionnerait également avec les eaux usées, fournissant une autre source d'hydrogène à partir d'une eau qui serait autrement inutilisable sans traitement coûteux.

"La plupart des gens utilisent de l'eau douce propre pour produire de l'hydrogène en divisant l'eau", a-t-il déclaré. "Mais la disponibilité d'eau douce propre est limitée."

Pour relever ces défis, les chercheurs ont conçu et synthétisé un catalyseur de réaction d'évolution d'oxygène noyau-coquille tridimensionnel utilisant du nitrure de métal de transition, avec des nanoparticules constituées d'un composé nickel-nitrure de fer et de nanorodes de nitrure de nickel-molybdène sur une mousse de nickel poreuse.

Le premier auteur, Luo Yu, chercheur postdoctoral à l'UH et également affilié à l'Université normale de Chine centrale, a déclaré que le nouveau catalyseur de réaction de dégagement d'oxygène était associé à un catalyseur de réaction de dégagement d'hydrogène précédemment signalé, constitué de nanorodes de nickel-molybdène-nitrure.

Les catalyseurs ont été intégrés dans un électrolyseur alcalin à deux électrodes, qui peut être alimenté par la chaleur résiduelle via un dispositif thermoélectrique ou par une pile AA.

Les tensions des cellules nécessaires pour produire une densité de courant de 100 milliampères par centimètre carré (une mesure de la densité de courant, ou mA cm-2) variaient de 1,564 V à 1,581 V.

La tension est importante, a déclaré Yu, car alors qu'une tension d'au moins 1,23 V est nécessaire pour produire de l'hydrogène, le chlore est produit à une tension de 1,73 V, ce qui signifie que l'appareil devait être capable de produire des niveaux significatifs de densité de courant avec une tension entre les deux niveaux.

Outre Ren et Yu, les chercheurs travaillant sur l'article comprennent Qing Zhu, Shaowei Song, Brian McElhennyy, Dezhi Wang, Chunzheng Wu, Zhaojun Qin, Jiming Bao et Shuo Chen, tous de l'UH ; et Ying Yu de l'Université normale de Chine centrale.

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