fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche dirigée par le centre allemand de rayonnement synchrotron électronique (DESY) a observé pour la première fois en temps réel, à l'aide de la source de rayons X PETRA III, le processus de formation d'une couche d'oxyde à la surface du platine lorsqu'il est en contact avec un électrolyte aqueux sous l'effet d'une tension électrique. Cette découverte pourrait contribuer au développement de technologies de l'hydrogène plus durables. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée Nature Communications.
Le platine est un matériau clé pour les électrolyseurs et les piles à combustible, car il accélère les réactions chimiques nécessaires à la production d'hydrogène ou à la production d'électricité. Cependant, sous haute tension, la surface du matériau se modifie, et son activité catalytique diminue progressivement avec le temps. L'équipe de recherche a utilisé trois méthodes complémentaires de rayons X à haute résolution pour étudier en parallèle, à l'échelle atomique, la structure atomique de la surface du platine, l'épaisseur de la couche d'oxyde et sa composition chimique, et a suivi ces changements en temps réel dans des conditions de réaction réelles.
Les mesures montrent qu'en fonction du niveau de tension, une fine couche d'oxyde se forme progressivement à la surface du platine, modifiant la structure interne du matériau. Le processus d'oxydation se déroule couche atomique par couche atomique, et sous haute tension, une couche d'oxyde de platine désordonnée se forme. « Ce que nous observons est un équilibre entre stabilité et activité », explique Andreas Stierle, scientifique en chef du DESY et professeur à l'Université de Hambourg. « La couche d'oxyde protège partiellement la surface du platine contre une perte supplémentaire de matière, mais elle réduit également l'efficacité du catalyseur. Mieux comprendre ces processus est essentiel pour développer des matériaux d'électrolyseur et de pile à combustible plus durables. »
Leon Jacobse, premier auteur de l'article et ancien chercheur au Centre de rayons X et de nanosciences (CXNS) du DESY, souligne que l'avancée clé réside dans la combinaison du rayonnement synchrotron de pointe avec des méthodes éprouvées de recherche fondamentale en électrochimie, permettant de suivre les changements à l'échelle atomique au moment même où la réaction se produit. Vedran Vonk, membre de l'équipe d'Andreas Stierle, ajoute que cette nouvelle combinaison de méthodes permet de suivre en temps réel les changements structurels du catalyseur dans des conditions proches de son utilisation réelle, établissant ainsi un lien direct entre les performances du matériau et son processus de vieillissement.
Les chercheurs indiquent que seule une compréhension précise des processus infimes à l'échelle atomique du platine permettra de développer de nouvelles approches pour lutter contre le vieillissement. Vedran Vonk ajoute que cela ouvre de nouvelles possibilités pour d'autres processus électrochimiques, comme les technologies de batteries qui présentent des problèmes de vieillissement similaires. Les recherches futures se concentreront sur l'évolution de matériaux catalytiques plus proches des applications réelles, tels que les nanoparticules de platine, dans des conditions de fonctionnement. L'objectif à long terme est de contribuer au développement de matériaux d'électrolyseur plus économes en ressources et moins coûteux, afin de promouvoir des technologies de l'hydrogène plus efficaces et plus économiques.
Les institutions participant à cette étude comprennent le Centre de rayons X et de nanosciences (CXNS) du DESY, l'Université de Hambourg, l'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg et l'Université Justus-Liebig de Giessen.
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