Un groupe de chercheurs a percé les mystères d’un matériau récemment identifié – le nitrure de zirconium (ZrN) – qui contribue à alimenter des réactions d’énergie propre. Le cadre proposé facilitera les futures conceptions de nitrures de métaux de changeover, ouvrant la voie à la creation d’énergie moreover propre.
L’étude a été publiée dans la revue Chemical Science le 26 juillet 2023, où elle figurait en couverture.
Les piles à flamable à membrane échangeuse d’anions (AEMFC) sont des dispositifs qui utilisent de l’hydrogène et de l’oxygène pour produire de l’électricité propre grâce à des réactions chimiques, en particulier la réaction d’oxydation de l’hydrogène et la réaction de réduction de l’oxygène (ORR). Les AEMFC, grâce à leur capacité à fonctionner dans des ailments alcalines, fournissent un environnement approprié pour les catalyseurs à base de terre, offrant une alternate moins coûteuse à d’autres matériaux catalytiques efficaces, tels que le platine.
Des études récentes ont montré que le ZrN présente des performances efficaces, surpassant même le platine, lorsqu’il est utilisé pour l’ORR en milieu alcalin. Le ZrN, même s’il n’est pas un matériau abondant sur terre, reste moreover rentable que les options. Mais ce qui se cache derrière ses performances impressionnantes reste un mystère pour les scientifiques.
« Pour mettre en œuvre notre nouveau cadre théorique pour le ZrN, nous avons décidé d’utiliser l’analyse de l’état de surface, des simulations d’effets de champ électrique et une modélisation microcinétique dépendante du pH », explique Hao Li, professeur agrégé à l’Institut avancé de recherche sur les matériaux de l’Université de Tohoku (WPI-AIMR) et auteur correspondant de l’article. »
L’analyse de area a révélé que ZrN possède une très wonderful couche de H O lorsqu’il subit une ORR. Cette wonderful couche aide les molécules à s’y adhérer d’une manière bénéfique pour l’ORR. De plus, les simulations de l’effet de champ électrique démontrent que l’oxygène atomique collé à cette high-quality floor subit des changements minimes, adhérant ainsi modérément.
Après avoir effectué des simulations informatiques, les chercheurs ont découvert que le ZrN atteint le stage idéal de l’ORR dans des ailments alcalines.
« Notre théorie testée fonctionne bien non seulement pour le ZrN, mais également pour d’autres matériaux comme Fe3N, TiN et HfN, qui sont similaires au ZrN, ce qui signifie que notre idée explique comment ces matériaux peuvent également être utilisés pour l’énergie propre », ajoute Hao. « Notre cadre aidera à rationaliser et à concevoir des nitrures de métaux de transition pour l’ORR alcalin. »
À l’avenir, Hao et son équipe prévoient d’étendre ce cadre pour étudier d’autres réactions d’importance industrielle, telles que la réaction de dégagement d’oxygène.
