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électrocatalyse
mesures stabilité un électrocatalyseur (cathode en platine).

en électrochimie, le terme électrocatalyse Cela signifie l'utilisation de électrodes notamment constitué par matériels ou produits chimiques qui ont pour but d'augmenter la vitesse de réaction un procédé électrochimique.

Comme dans le cas de la catalyse de réactions non-électrochimiques, dans le cas d'électrocatalyse la présence d'électrocatalyseur détermine une Mécanisme de réaction différent du mécanisme de réaction qui se produirait en l'absence électrocatalyseur; en particulier, le mécanisme de réaction dans le cas d'électrocatalyse il correspond à un 'énergie d'activation inférieur.

Merci all'elettrocatalisi il y a une réduction de surtension des valeurs élevées pour « haut champ » (c.-à- potentiel cellulaire), Qui peut être due à une augmentation densité de courant d'échange ou à une diminution de la coefficient de transfert à de forts champs (en raison de la modification du mécanisme de réaction).[1]

En général, les systèmes catalytiques sont constitués par un métal soutien qui est couverte par un film de catalyseur, afin de réduire les coûts de catalyseur (qui est typiquement réalisé en métal précieux). La quantité de catalyseur utilisée est de l'ordre de un milligramme par centimètre2 support (ou même moins).[1]

Comme le catalyse, nell'elettrocatalisi est nécessaire que le catalyseur est assez stable, qui ne pas l'expérience désactiver. Certains mécanismes par lesquels vous pouvez avoir la désactivation du catalyseur sont les suivants: l'empoisonnement, la corrosion, l'érosion, le frittage.

électrocatalyse hétérogène

Dans le cas des systèmes électrochimiques constitués d'une électrode solide (Par exemple, dans platine) Et électrolyte liquide, le processus se déroule dans 'interface entre les deux phases, pourquoi il est appelé « électrocatalyse hétérogène ».

Dans le cas d'électrocatalyse hétérogène, en utilisant des catalyseurs high porosité. leur efficacité Elle est mesurée par la module de Thiele.

En particulier, il est nécessaire d'utiliser des catalyseurs qui ont des modules Thiele, ni trop élevé (sinon une semble que le catalyseur ne reste pas utilisé), ni trop faible (sinon la surface du catalyseur ne soit pas suffisant pour atteindre la vitesse de réaction désirée).[1]

applications

Électrocatalyse dans les procédés qui impliquent l'hydrogène

Dans les procédés qui impliquent l'hydrogène (par exemple la production d'hydrogène à la cathode ou de son oxydation ou hydrogénation) sont utilisés comme électrocatalyseurs des métaux du groupe 10 (Qui est, platine, nickel ou palladium).[2]

dans des conditions pH élevé sont utilisés comme électrocatalyseurs cathodes en particulier le sulfure de nickel (NiS(X)) ou le nickel de Raney (Mais aussi: alliages contenant à base de nickel molybdène, dioxyde de ruthénium (RuO2) Contenant de l'oxyde de platine et d'oxyde de nickel junkies).[1]

Comme on peut le voir à partir d'une courbe de volcan d'hydrogène (ce qui représente pour chaque électrocatalyseur son échange densité de courant et l 'énergie de liaison entre le métal M et un atome d'hydrogène[3]) Pour les métaux du groupe 10, l'échange densité de courant est élevée est impliquée dans des procédés où l'hydrogène et l'énergie de liaison M-H est suffisamment élevée pour permettre une adéquate adsorption un atome d'hydrogène sur la surface du métal, mais également suffisamment faible pour permettre à la réaction de désorption est produite.[1]

la principale réactions élémentaires impliqués dans les processus électrocatalytiques impliquant l'hydrogène sont les suivantes:[1]

réaction Volmer: H2O + et- → H(Ad) + Ohio-
réaction Heyrovsky: H(Ad) + H2O + et- → H2 + Ohio-
réaction Tafel: 2H(Ad) → H2

où l'indice « a » indique un espèces chimiques adsorbé sur la surface d'électrode.

Électrocatalyse dans les processus impliquant l'oxygène

Dans les processus impliquant l'oxygène sont utilisés comme électrocatalyseurs métaux du groupe 10 (platine, nickel ou palladium) Et leur oxydes.

Les principales réactions élémentaires impliquées dans les processus électrocatalytiques impliquant l'oxygène, sont les suivants:

Me + H2O ⇄ H + MeOH+ + et-
MeOH ⇄ MeO + H+ + et-
2MeO ⇄ 2me + O2
2MeO + RH + ROH → 2me

moi Il indique le métal et « R » générique groupe fonctionnel.

Dans des conditions de pH élevé sont utilisés comme matériaux soutien acier inoxydable ou nickel, revêtu d' oxydes de cobalt ou les oxydes de fer (Ou mélange des deux); ne pas utiliser oxydes de ruthénium comme ils sont instable à pH élevé.
Dans des conditions de faible pH à l'aide conduire passivé avec PbO2 ou plus récemment avec des anodes en titane TiO passivé2, revêtue d'un catalyseur approprié, en particulier des oxydes de platine-iridium additionné de stabilisants mécaniques (oxydes de tantale ou oxydes de tantale-niobium).[1]

Ensemble avec des membranes Nafion Au contraire, ils utilisent des oxydes d'iridium ou de ruthénium-iridium.[1]

Électrocatalyse dans les processus impliquant le chlore

Pour réaliser des réactions impliquant le chlore (Procédé de chlore-alcali) Sont utilisés dans les anodes d'oxyde de ruthénium dimensionnellement stable (RuO2).[1]

notes

  1. ^ à b c et fa g h la Ullmann de, cap. 2
  2. ^ Le groupe 10 appartient également à la darmstadtium, mais étant un élément produit artificiellement, même si elle est un bon électrocatalyseur, il ne serait pas disponible pour les applications électrocatalytiques.
  3. ^ Sergio Trasatti, électrocatalyse

bibliographie

Articles connexes