Des nanoalliages d’or et de palladium pour booster la production d’hydrogène
Produire de l’hydrogène vert à partir d’eau grâce à la lumière est une solution très attractive pour décarboner l’industrie. Cependant, elle requiert des photocalyseurs efficaces qui se passent de certains métaux critiques comme le platine. Combiner deux métaux moins critiques, surtout à l’échelle nanométrique pour en utiliser peu, telle est la stratégie mise au point par des chimistes français et mexicains.
Développer des photocatalyseurs très actifs et peu couteux pour la génération de dihydrogène (H2) à partir d’eau et d’énergie lumineuse est un enjeu important. L’hydrogène vert ainsi obtenu est un précieux vecteur d’énergie et un réactif essentiel pour l’industrie chimique. Le photocatalyseur le plus connu et le plus utilisé est le dioxyde de titane TiO2 combiné au platine. Ce dernier est de loin l’élément plus actif pour accélérer la génération sélective d’H2. La rareté et le coût du platine freinent néanmoins le développement de cette technologie à grande échelle.
Une équipe de scientifiques de l’Institut de chimie physique et de l’Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (CNRS/Université Paris-Saclay), en collaboration avec des scientifiques mexicains, a développé et étudié des nouveaux systèmes photocatalytiques sans platine pour la génération d’hydrogène. Très actifs et stables, ces catalyseurs, également à base de TiO2, sont modifiés en surface par des nanoalliages d’or (Au) et de palladium (Pd). Les scientifiques ont pu mettre en évidence un effet de synergie important lorsque ces deux métaux sont associés dans certains rapports massiques.
La composition la plus active est de 10% de palladium pour 90% d’or. Le catalyseur obtenu en modifiant la surface de particules de TiO2 par ce nanoalliage bimétallique est stable dans le temps et présente une activité photocatalytique équivalente à celle obtenue avec le platine. Ces résultats expérimentaux sont supportés par des simulations de chimie quantique qui montrent que les alliages avec une faible teneur en Pd présentent des effets synergiques significatifs pour la génération d'hydrogène sous lumière UV-visible.
Ces résultats, parus dans revue Solar RRL, fournissent de précieuses informations sur les mécanismes de production photocatalytique d’hydrogène. Ils offrent également une nouvelle stratégie pour la conception de catalyseurs à base de nanoparticules bimétalliques. Une étape clé pour promouvoir le déploiement de la photocatalyse dans la conversion de l'énergie solaire et la production de divers carburants solaires.
Rédacteur: AVR
Référence
Enhanced Photocatalytic Activity of Surface-Modified TiO2 with Bimetallic AuPd Nanoalloys for Hydrogen Generation Ana Andrea Méndez-Medrano, Daniel Bahena-Uribe, Diana Dragoe, Carine Clavaguéra,
Christophe Colbeau-Justin, Juan Pedro Palomares Báez, José Luis Rodríguez-López & Hynd Remita
Solar RRL 2024 https://doi.org/10.1002/solr.202400106