Croissance hydrothermale induite par laser pour des applications électrocatalytiques: une innovation prometteuse

Dans cette nouvelle étude publiée dans le journal International Journal of Extreme Manufacturing le 1er novembre 2023, des chercheurs britanniques et chinois ont rapporté une nouvelle technique basée sur un mécanisme de réaction hydrothermale induite par laser (LIHR) pour la croissance de nanostructures d’oxydes métalliques binaires et d’hydroxydes doublement stratifiés sur des mousses de nickel pour des applications électrocatalytiques.

La production électrochimique à grande échelle d’hydrogène par division de l’eau nécessite le développement d’électrocatalyseurs pour surmonter les barrières énergétiques cinétiques pour la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER) et la réaction d’évolution de l’oxygène (OER).

Les électrocatalyseurs doivent être actifs, stables et peu coûteux. Parmi les nombreuses alternatives, les catalyseurs à base de nickel non précieux, en particulier les catalyseurs Ni-Mo pour l’HER alcalin et les hydroxydes doublement stratifiés (LDH) basés sur des métaux de transition (Fe, Co, Ni) pour catalyser l’OER en milieu alcalin, ont été largement reconnus.

Cependant, ces électrocatalyseurs sont généralement synthétisés par hydrothermolyse ou solvothermolyse, nécessitent des autoclaves et des solvants, et sont également longs et nécessitent une forte consommation d’énergie.

Pour relever ces défis, l’équipe pionnière en synthèse de catalyseurs par laser a développé cette voie alternative de traitement hydrothermal conventionnel par irradiation laser d’un substrat immergé dans un liquide contenant des précurseurs de sels métalliques.

Lorsque le faisceau laser interagit à l’interface entre le liquide (contenant des précurseurs Ni / Mo ou Fe / Ni) et le substrat de nickel générant des conditions de haute température et de haute pression, qui répondent à l’exigence de croissance d’oxyde métallique sur le substrat, la croissance de nanofeuilles de NiMoO4 ou d’hydroxyde doublement stratifié de NiFe se produit sur des mousses de nickel par le biais du mécanisme de réaction hydrothermique.

Le premier auteur, le Dr Yang Sha, de l’Université de Manchester, a déclaré : “Ces nanostructures produites par le LIHR présentent une excellente activité catalytique pour la division complète de l’eau et, surtout, une excellente durabilité à une densité de courant industrielle, comparée à la majorité des catalyseurs rapportés et aux catalyseurs commerciaux précieux. De plus, le LIHR améliore le taux de production de plus de 19 fois, ne consommant que 27,78% de l’énergie totale requise par les méthodes hydrothermiques conventionnelles pour atteindre la même production.”

Le professeur Zhu Liu, de l’Académie chinoise des sciences, Institut de technologie et d’ingénierie des matériaux de Ningbo, a commenté : “Le LIHR a été signalé pour la première fois en 2013 par Yeo et al pour produire des nanofils de ZnO locaux par des réactions photothermiques. Cette technique est rapide, polyvalente, évolutive et rentable, permettant une synthèse directe de nanostructures d’oxydes métalliques.”

“Cependant, cette technique a été peu étudiée et ses applications potentielles n’ont pas encore été explorées. Nous espérons que cette étude offre une nouvelle voie pour la synthèse rapide d’électrodes électrocatalytiques indépendantes. Nous continuons à étendre ses applications, notamment la croissance LIHR de couches minces de nanostructure d’oxyde métallique (ZnO, SnO2) pour les cellules solaires à pérovskite.”

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