Une céramique nanoporeuse pour économiser le platine pour la production d’hydrogène

Résultats scientifiques

Parmi ses nombreuses propriétés, le platine est très recherché pour son pouvoir catalytique. Ce métal présente cependant un coût élevé et son exploitation laisse une empreinte environnementale importante. Afin de l’utiliser en plus faibles quantités, voire de le remplacer, des chercheurs de l’IRCER (CNRS/Université de Limoges), de l’IEM (CNRS/ENSCM/Université de Montpellier) ainsi que du Brésil, du Japon, des États-Unis, de Turquie et d’Inde, ont développé une céramique ultra-poreuse, qui permet à une couche de platine extrêmement fine de remplir son rôle de catalyseur dans une pile à combustible. Publiés dans la revue Applied Catalysis B: Environmental, ces travaux pourraient être étendus à la réduction de l’usage du platine dans d’autres domaines.

Le dihydrogène est un vecteur énergétique d’intérêt en raison de sa densité d’énergie élevée. Il peut être produit à partir de diverses sources, utilisant des réactions impliquant des catalyseurs. Le platine est un élément essentiel à la plupart de ces cas, mais ce métal est peu abondant et est fortement demandé en bijouterie et pour des implants médicaux. Des efforts considérables sont donc mis en œuvre pour trouver des solutions qui en limitent ou en optimisent l’usage. Des scientifiques de l’Institut de recherche sur les céramiques (IRCER, CNRS/Université de Limoges) et de l’Institut européen des membranes (IEM, CNRS/ENSCM/Université de Montpellier), ainsi que l’Université fédérale de Santa Catarina (Brésil), de l’Institut de technologies de Nagoya (Japon), de l’Institut national des normes et des technologies (États-Unis), de l’Université technique du Moyen-Orient (Turquie) et de l’Institut indien de technologies de Madras (Inde) ont ainsi développé des céramiques ultra-poreuses dont la structure et la composition particulières permettent d’utiliser de très petites quantités de nanoparticules de platine, hautement dispersées et accessibles. Ce système robuste a également l’avantage d’être réutilisable.

La céramique en question, élaborée par une technique dite de « voie précurseur », est conçue à partir de titane, d’azote et de silicium. Lorsqu’une fine couche de platine est déposée à sa surface, le métal se répartit dans les pores du matériau et se retrouve ainsi avec une surface d’action démultipliée. L’effet est ensuite maximisé grâce au support céramique, augmentant encore la capacité d’une même quantité de platine à catalyser la production de dihydrogène. Les scientifiques travaillent à présent à l’obtention du système céramique/catalyseur complet en une seule étape tout en remplaçant le platine par des métaux moins coûteux.

Un nanocomposite stable et efficace à base de TiN/Si3N4 comme catalyseur pour booster la production d’hydrogène à partir d’hydrures. © Samuel Bernard

Référence

Abhijeet Lale, Maira Debarba Mallmann, Shotaro Tada, Alina Bruma, Saim Özkar, Ravi Kumar, Masaaki Haneda, Ricardo Antonio Francisco Machado, Yuji Iwamoto, Umit B. Demirci et Samuel Bernard. Highly active, robust and reusable micro-/mesoporous TiN/Si3N4 nanocomposite-based catalysts for clean energy: Understanding the key role of TiN nanoclusters and amorphous Si3N4 matrix in the performance of the catalyst systemApplied Catalysis B: Environmental, 2020, 272, 118975.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118975

 

Contact

Samuel Bernard
Chercheur, Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER), CNRS/Université de Limoges
Stéphanie Younès
Responsable Communication - Institut de chimie du CNRS
Anne-Valérie Ruzette
Chargée scientifique pour la communication - Institut de chimie du CNRS