Récemment, le Centre de recherche sur les technologies de l'hydrogène (énergie ammoniac) de l'Institut Bas Carbone a publié un important article de recherche dans la prestigieuse revue Journal of Materials Chemistry A, intitulé « L'effet du Nafion sur la réduction électrochimique des nitrates par un catalyseur d'alliage CoRu ». Cette étude révèle pour la première fois le mécanisme synergique par lequel les polymères perfluorosulfoniques améliorent les performances des catalyseurs à base d'alliage cobalt-ruthénium (CoRu), propose un modèle d'interface de solvatation pour la synthèse électrochimique de l'ammoniac et fournit des orientations théoriques clés pour la conception d'électrodes à haut rendement pour cette synthèse.
La réaction de réduction électrocatalytique des nitrates peut convertir les polluants nitratés dans l'eau en ammoniac, permettant à la fois le contrôle de la pollution et la récupération de ressources, ce qui en fait une voie verte très prometteuse pour la synthèse de l'ammoniac. Les polymères perfluorosulfoniques, en tant que liant central dans la couche catalytique des électrodes à membrane, avaient jusqu'à présent des effets microstructuraux mal compris sur le mécanisme catalytique.
Cette étude, utilisant une combinaison de modèles de solvant explicite et de simulations de dynamique moléculaire ab initio, a abouti à deux résultats clés : premièrement, les polymères perfluorosulfoniques peuvent réduire efficacement la barrière énergétique de dissociation des molécules d'eau, favorisant l'apport en protons ; deuxièmement, ils peuvent améliorer l'adsorption et l'activation des ions nitrate à la surface du catalyseur via des interactions orbitalaires avec ces ions. La recherche élucide le mécanisme d'influence de ces polymères sur le transport des électrons-protons et les voies réactionnelles, révèle les effets synergiques à l'interface polymère ionomère-couche catalytique, et fournit un support théorique pour la construction d'interfaces d'électrodes à membrane.
Cette réalisation devrait promouvoir l'innovation intégrée des technologies de synthèse verte de l'ammoniac et de traitement des eaux usées, contribuant à l'établissement d'un cycle durable de l'azote et d'un système d'énergie propre. Le premier auteur de l'article est Gan Wen, ingénieur au Centre de recherche sur les technologies de l'hydrogène (énergie ammoniac) de l'Institut Bas Carbone, qui travaille depuis longtemps sur la synthèse électrochimique de l'ammoniac et les matériaux catalytiques pour le cycle de l'azote, a mis au point des stratégies de criblage computationnel à haut débit, a déposé un total de 10 brevets d'invention (dont 3 accordés) et a publié 8 articles académiques en tant que premier auteur.
