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

Publié par Redbran le 10/11/2020 à 13:00
Source: CNRS INC
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 (Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie et le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en terre qui ont subi une transformation...) ultra-poreuse, qui permet à une couche de platine (Le platine est un élément chimique de symbole Pt et de numéro atomique 78.) extrêmement fine de remplir son rôle de catalyseur (En chimie, un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique ; il participe à la réaction mais il ne fait partie ni des produits, ni des réactifs et n'apparaît donc pas dans...) dans une pile à combustible (Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible...). Publiés dans la revue Applied Catalysis B: Environmental, ces travaux pourraient être étendus à la réduction de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) du platine dans d'autres domaines.


Un nanocomposite stable et efficace à base de TiN/Si3N4 comme catalyseur pour booster (Le nom de booster (ou propulseur d'appoint) est donné au moteur-fusée qui est attaché aux navettes spatiales américaines.[1] Par généralisation, le terme peut s'employer pour tous les...) la production d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) à partir d'hydrures. © Samuel Bernard

Le dihydrogène (Le dihydrogène est la forme moléculaire de l'élément hydrogène, qui existe à l'état gazeux aux conditions normales de pression et de température. Les...) est un vecteur énergétique (Tout ce qui est capable de véhiculer de l’énergie peut être considéré comme un vecteur énergétique.) d'intérêt en raison de sa densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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 (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que des liaisons ioniques dans le cas des...) est peu abondant et est fortement demandé en bijouterie et pour des implants médicaux. Des efforts considérables sont donc mis en oeuvre pour trouver des solutions qui en limitent ou en optimisent l'usage.

Des scientifiques de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) 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 (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) fédérale de Santa Catarina (Brésil), de l'Institut de technologies de Nagoya (Nagoya (????; -shi) est la quatrième plus grande et la troisième plus prospère des villes du Japon. Situé sur la côte Pacifique dans la région du Chubu,...) (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 (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.), d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique...) et de silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.). Lorsqu'une fine couche de platine est déposée à sa surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...), le métal se répartit dans les pores du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et...) 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 (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en remplaçant le platine par des métaux moins coûteux.

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 (Matrix (en France), La Matrice (au Québec) (The Matrix) est un film de science-fiction réalisé par les frères Andy et Larry Wachowski et...) in the performance of the catalyst system. Applied Catalysis B: Environmental, 2020, 272, 118975.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118975

Contacts:
- Samuel Bernard - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant...), Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER), CNRS/Université de Limoges -
samuel.bernard at unilim.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) - Institut de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) - inc.communication at cnrs.fr
- Anne-Valérie Ruzette - Chargée scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) pour la communication - Institut de chimie du CNRS - anne-valerie.ruzette at cnrs.fr
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