Du phosphore noir nanostructuré a été proposé comme matériau d’électrode pour la synthèse photoélectrochimique de l’ammoniac.
L’ammoniac (NH3) est une molécule importante dans l’industrie et l’agriculture, ainsi qu’un vecteur énergétique émergent à forte concentration en hydrogène.
En remplacement de la synthèse de l’ammoniac par le procédé Haber-Bosch, qui consomme beaucoup d’énergie, la technique photoélectrochimique (PEC) a été proposée pour produire de l’ammoniac à partir de diazote (N2) et d’eau (H2O) dans les conditions ambiantes. Cependant, des matériaux d’électrode efficaces ne contenant pas de métaux nobles restent la clé de la synthèse PEC de l’ammoniac.
Électrode au phosphore noir
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Wang Jiahong et le Prof. Yu Xuefeng des Instituts de technologie avancée de Shenzhen (SIAT) de l’Académie chinoise des sciences a proposé une électrode au phosphore noir (BP) pour une synthèse efficace de l’ammoniac.
L’électrode a été fabriquée par assemblage couche par couche de nanofeuilles de phosphore noir sur un substrat d’oxyde d’indium-étain (ITO) comme catalyseur bidimensionnel sans métal pour la réaction photoélectrochimique de réduction de l’azote.
Rendement élevé
L’étude intitulée Photoelectrochemical Synthesis of Ammonia with Black Phosphorus a été publiée dans Advanced Functional Materials le 20 avril 2020.
Dans cette étude, l’électrode BP présentait une activité très élevée avec un taux de rendement de 102,4 μg-h-1 mgcat.-1 pour l’ammoniac, une efficacité faradique de 23,3 % à -0,4 V et une bonne stabilité à long terme, qui était la meilleure parmi les catalyseurs non métalliques pour la synthèse de l’ammoniac par photocatalyse et électrocatalyse.
Un matériau adapté
De plus, la surface favorable à la désorption de l’hydrogène, la structure de bandes électroniques, le champ électrique externe et la consommation de trouss ont amélioré la productivité de l’ammoniac de manière synergique.
« Le phosphore noir possède de nombreuses caractéristiques qui conviennent à la synthèse de l’ammoniac, a déclaré le Dr Wang Jiahong. C’est un semi-conducteur à bande interdite directe avec une grande mobilité des porteurs ainsi qu’une absorption de la lumière couvrant une large gamme. La faible absorption d’hydrogène sur le phosphore noir nu peut également supprimer la réaction concurrente de dégagement d’hydrogène. La bibliothèque de catalyseurs pour cette synthèse serait élargie par l’introduction d’un matériau bidimensionnel de type p. »
Ce billet a été d’abord publié par l’Académie chinoise des sciences.
