Des nanotubes d’argile inspirés de la nature pour produire de l’hydrogène sans métaux précieux

Produire de l’hydrogène à partir de l’eau est l’un des grands défis de la transition énergétique. Cette opération repose sur l’électrolyse de l’eau, un procédé dans lequel l’eau est décomposée en hydrogène et en oxygène à l’aide d’un courant électrique. A l’heure actuelle, l’étape la plus délicate est la réaction d’oxydation de l’eau (OER) libérant l’oxygène qui nécessite des catalyseurs à base de métaux nobles comme l’iridium ou le ruthénium, rares et coûteux.

Pour contourner cet obstacle, des équipes du Laboratoire de physique des solides et de l'Institut de chimie physique (CNRS/Université Paris-Saclay) se sont inspirés de l’imogolite, un minéral naturel de type argileux en forme de nanotube. Il est en effet possible de remplacer différents éléments chimiques de leur structure par des espèces métalliques ayant des propriétés catalytiques. Ces nanotubes présentant une surface importante et bien définie, les catalyseurs insérés pourront facilement interagir avec l’eau et les électrons. Ils ont ainsi conçu des nanotubes double-parois dopés avec des ions fer (Fe), de formule chimique Ge(Al_2-2xFe_2x)O₃(OH)₄, avec divers taux de substitution en fer (x allant jusqu’à 0,075). Grâce à une synthèse hydrothermale en une seule étape, ils sont parvenus à incorporer le fer de façon homogène dans les nanotubes sans perturber la structure tubulaire et les propriétés comme leur diamètre monodisperse, leur stabilité colloïdale ou leurs aptitudes à s’auto-organiser. 

Le meilleur matériau obtenu pour x = 0.05 de fer présente des performances comparables à celles obtenues avec des catalyseurs à base de métaux nobles. Les tests montrent également une bonne stabilité électrochimique, paramètre essentiel pour envisager des applications industrielles.

Ces résultats, publiés dans la revue Advanced Functional Materials, montrent qu’il est possible de produire des catalyseurs efficaces et stables sans avoir recours à des métaux nobles, ouvrant la voie à de nouvelles technologies plus durables dans le cadre de la transition énergétique. Prochaine étape : tester les performances catalytiques de ces nanomatériaux dans des électrolyseurs à grande échelle. Affaire à suivre !

Rédacteur : CCdM