Le Centre de l'Énergie Hydrogène (Ammoniac) de l'Institut Bas Carbone publie des résultats de recherche dans une revue prestigieuse, apportant un soutien théorique à la synthèse électrochimique efficace de l'ammoniac.

Récemment, le Centre de recherche sur les technologies de l'hydrogène (énergie ammoniac) du Low Carbon Institute a publié un article de recherche important 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 efficaces 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 des 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'approvisionnement en protons ; deuxièmement, ils peuvent améliorer l'adsorption et l'activation des ions nitrate à la surface du catalyseur grâce à des interactions orbitalaires avec ces ions. La recherche éclaire le mécanisme d'influence de ces polymères sur le transport électronique-protonique et les voies réactionnelles, révèle les effets synergiques à l'interface ionomère-couche catalytique, et fournit un support théorique pour la construction d'interfaces d'électrode à membrane.

Cette réalisation devrait favoriser l'innovation intégrée dans les 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) du Low Carbon Institute, 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 à haut débit, a déposé un total de 10 brevets d'invention (dont 3 ont été accordés), et a publié 8 articles académiques en tant que premier auteur.