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Électrocatalyse

1960
Recherche sur l'électrocatalyse dans un laboratoire équipé d'une cellule électrochimique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Electrocatalysis is a specific form of catalyse that accelerates the rate of electrochemical reactions occurring at an electrode surface. It is a subfield of both catalysis and electrochemistry. Electrocatalysts are crucial for increasing the efficiency and lowering the surpotentiel (la tension supplémentaire nécessaire pour mener une réaction à un rythme raisonnable) pour les principales réactions de conversion d'énergie.

Electrocatalysis is fundamentally linked to heterogeneous catalysis but with the added dimension of an applied electrical potential controlling the reaction’s driving force. The catalyseur is the electrode material itself or a substance coated onto it. Its function is to lower the activation energy for transfert d'électrons steps. A key performance metric for an electrocatalyst is the overpotential ([latex]\eta[/latex]), defined as the difference between the thermodynamic potential and the actual potential required to achieve a certain current density. An efficient electrocatalyst minimizes [latex]\eta[/latex].

La performance est souvent analysée à l'aide d'un diagramme de Tafel, qui montre une relation linéaire entre le logarithme de la densité de courant ([latex]log(j)[/latex]) et le potentiel de surpression ([latex]\eta[/latex]). La pente de ce tracé, la pente de Tafel, donne une idée du mécanisme de réaction. Par exemple, la réaction d'évolution de l'oxygène (OER) et la réaction de réduction de l'oxygène (ORR) sont notoirement lentes et nécessitent des surpotentiels importants. Le développement d'électrocatalyseurs bon marché, abondants et efficaces (par exemple, des alternatives au platine) pour ces réactions est un objectif majeur de la recherche sur les énergies renouvelables, car elles sont essentielles pour des technologies telles que les électrolyseurs d'eau, les piles à combustible et les batteries métal-air. Le principe de Sabatier s'applique également ici, selon lequel le catalyseur idéal lie les intermédiaires ni trop fortement ni trop faiblement.

UNESCO Nomenclature: 2202
- Chimie physique

Taper

Procédé chimique

Perturbation

Substantiel

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Michael Faraday’s laws of électrolyse
  • Travaux de Walther Nernst sur la thermodynamique des cellules électrochimiques
  • Julius Tafel’s discovery of the relationship between current and surpotentiel
  • développement du potentiostat pour les mesures électrochimiques

Applications

  • piles à combustible (par exemple, réactions d'oxydation de l'hydrogène et de réduction de l'oxygène)
  • électrolyseurs d'eau pour la production d'hydrogène
  • électrosynthèse de produits chimiques
  • prévention de la corrosion
  • capteurs électrochimiques

Brevets:

NA

Idées d'innovations potentielles

  • non-precious metal catalyseurs (e.g., based on iron, cobalt, nickel) for fuel cells
  • électrocatalyseurs à atome unique pour une activité et une durabilité améliorées
  • électrocatalyseurs pour convertir le CO2 en carburants et produits chimiques
  • électrocatalyseurs tandem qui effectuent plusieurs étapes de réaction sur une seule électrode
  • électrocatalyseurs bio-inspirés imitant les sites actifs des enzymes
  • électrocatalyseurs auto-réparateurs capables de réparer les dommages pendant le fonctionnement
  • high-entropy alliage catalysts for improved performance in complex reaction environments
  • électrocatalyse assistée par la lumière (photoélectrocatalyse) pour les réactions provoquées par le soleil
  • capteurs électrochimiques flexibles et portables
  • systèmes électrocatalytiques pour la fixation de l'azote pour produire de l'ammoniac
Lié à : électrocatalyse, électrochimie, surtension, pile à combustible, dissociation de l'eau, électrode, courbe de Tafel, réaction de dégagement d'oxygène, transfert d'électrons, densité de courant.

Contexte historique

Électrocatalyse

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1960-05-16
1962

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

10e année anniversaire

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