Des catalyseurs biomimétiques pour produire de l’hydrogène

REPÈRES

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Des micro-organ­ismes ont élaboré des enzymes incroy­able­ment per­for­mantes pour col­lecter les pho­tons solaires, les con­ver­tir en énergie chim­ique et pour catal­yser les réac­tions de trans­fert d’élec­trons. Ces sys­tèmes n’u­tilisent que des métaux très abon­dants alors que les dis­posi­tifs les plus effi­caces mis au point par les chimistes util­isés aujour­d’hui exi­gent des métaux nobles comme le pla­tine, très chers car peu abon­dants dans la croûte ter­restre. L’abon­dance ter­restre du pla­tine est de l’or­dre de 5 ppm, équiv­a­lente à celle de l’or.

Point de futur pour une économie à hydrogène si l’on ne sait résoudre les prob­lèmes du coût des catal­y­seurs. Pour réduire l’eau en hydrogène, les hydrogé­nas­es utilisent aujour­d’hui du nick­el ou du fer. Les enzymes sont une source d’in­spi­ra­tion fasci­nante pour le chimiste.

Grenoble et Saclay

Une telle chimie bio-inspirée a été mise en oeu­vre avec suc­cès au Lab­o­ra­toire de chimie et biolo­gie des métaux (CEA-CNRS-uni­ver­sité J. Fouri­er, au CEA de Greno­ble), en col­lab­o­ra­tion avec une équipe du Lab­o­ra­toire de chimie des sur­faces et inter­faces (CEA de Saclay) et une équipe du Lab­o­ra­toire d’in­no­va­tion pour les tech­nolo­gies des éner­gies nou­velles et les nanomatéri­aux (CEA de Grenoble).

Production en oxydation

Com­pat­i­bil­ité avec les mem­branes des piles à combustible

En com­bi­nant nanosciences et chimie bioin­spirée, il a été mis au point le pre­mier matéri­au capa­ble, dans des dis­posi­tifs élec­trochim­iques, de catal­yser, comme le fait le pla­tine, aus­si bien la pro­duc­tion d’hy­drogène à par­tir de l’eau (pour des élec­trol­y­seurs) que son oxy­da­tion (pour des piles à combustible).

Un petit com­plexe de nick­el sert à repro­duire cer­taines car­ac­téris­tiques des hydrogé­nas­es. Gref­fé sur des nan­otubes de car­bone, choi­sis pour leur impor­tante sur­face de con­tact avec le catal­y­seur et pour leur grande con­duc­tiv­ité élec­trique, et déposé sur une élec­trode, il se révèle extrême­ment sta­ble et capa­ble de fonc­tion­ner, sans surten­sion, en milieu très acide ; ce qui assure sa com­pat­i­bil­ité avec les mem­branes échangeuses de pro­tons (comme le Nafion), util­isées de manière qua­si uni­verselle dans les piles à combustible.

Lever un verrou majeur

Même si les den­sités de courant élec­trique obtenues sont encore faibles, ce nou­veau matéri­au pour­rait lever un ver­rou sci­en­tifique majeur pour le développe­ment à grande échelle de l’é­conomie à hydrogène.

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