Les sels d’iodure stabilisent les biocatalyseurs des piles à combustible: Chimie des solvants – ScienceDaily

Contrairement aux prédictions théoriques, l’oxygène inactive les biocatalyseurs pour la conversion d’énergie en peu de temps, même sous un film protecteur. Une équipe de recherche du groupe d’excellence Resolv de la Ruhr Universität Bochum (RUB) a découvert pourquoi: du peroxyde d’hydrogène se forme sur le film protecteur. L’addition de sels d’iodure à l’électrolyte peut empêcher cela de se produire et prolonger considérablement la durée de vie des catalyseurs. L’équipe autour du professeur Nicolas Plumeré de Resolv, du Dr Erik Freier de l’Institut Leibniz des sciences analytiques de Dortmund et du professeur Wolfgang Lubitz de l’Institut Max Planck de conversion d’énergie chimique à Mülheim rapporte ses résultats dans Communications Nature du 14 février 2020.

Désactivé en quelques secondes

Les catalyseurs biologiques et bio-inspirés sont disponibles en abondance et leurs performances catalytiques sont proches de celles des catalyseurs en métaux précieux. Néanmoins, ils ne sont pas largement utilisés pour les processus de conversion d’énergie. La raison en est leur instabilité. «Certains des catalyseurs de conversion des petites molécules les plus actifs, pertinents pour les systèmes énergétiques durables, sont si sensibles à l’oxygène qu’ils sont complètement désactivés en quelques secondes lorsqu’ils entrent en contact avec lui», explique Nicolas Plumeré.

Protection infinie – jusqu’ici seulement en théorie

Le groupe de recherche avait récemment découvert que les films redox-actifs peuvent protéger contre cela les bio-catalyseurs et même les biocatalyseurs tels que les hydrogénases. Les modèles théoriques prédisent que la protection contre l’oxygène devrait durer indéfiniment. Dans les expériences, cependant, cette protection n’a jusqu’à présent été efficace que pendant quelques heures. “Cela contredit nos calculs théoriques et ne peut être expliqué, même au vu de la durée de vie du même catalyseur dans un environnement sans oxygène”, explique Plumeré. Cette dernière dure jusqu’à six semaines avec un chiffre d’affaires constant.

Une combinaison de méthodes explore le problème

Cela a conduit les chercheurs à conclure que soit le mécanisme de protection contre l’oxygène n’est pas encore compris, soit qu’en dehors de la désactivation par l’oxygène, des processus nocifs supplémentaires ont lieu. Pour étudier cela, ils ont combiné diverses méthodes qui leur ont permis d’examiner en détail ce qui se passe dans la couche protégée. La combinaison de la microscopie à fluorescence confocale et de la diffusion Raman anti-Stokes cohérente réalisée en laboratoire par Erik Freier, avec l’électrochimie pour l’analyse de la matrice de protection a montré: Le processus de protection conduit à une accumulation de peroxyde d’hydrogène, ce qui favorise l’endommagement du film catalytique .

Suppression de la formation de peroxyde d’hydrogène

Nous montrons que la décomposition du peroxyde d’hydrogène avec des sels d’iodure augmente la demi-vie d’une hydrogénase pour l’oxydation de l’hydrogène jusqu’à une semaine à renouvellement constant, même avec une exposition constante à des concentrations élevées d’oxygène. “Dans l’ensemble, nos données confirment la théorie selon laquelle les films redox rendent les catalyseurs sensibles à l’oxygène complètement immunisés à la désactivation directe par l’oxygène”, conclut Plumeré. “Cependant, il est très important de supprimer également la production de peroxyde d’hydrogène afin d’obtenir une protection complète contre le stress oxydatif.”

“Nos travaux montrent que la simple stratégie consistant à ajouter des sels d’iodure à l’électrolyte peut être suffisante pour réduire considérablement les taux d’inactivation des biocatalyseurs”, expliquent les chercheurs. Ils croient que cela permettra la mise en œuvre généralisée d’autres processus électrocatalytiques dans des applications réelles. Cela comprend également les processus de conversion d’énergie tels que la génération de combustible solaire par réduction du dioxyde de carbone et l’électrosynthèse de produits chimiques fins ou basiques tels que l’ammoniac.

Source de l’histoire:

Matériaux fourni par Ruhr-University Bochum. Original écrit par Meike Drießen. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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