Fabriqué à partir d’éléments respectueux de l’environnement, ce matériau innovant est prometteur pour le stockage d’énergie, la production d’hydrogène et l’assainissement environnemental
Le monde est actuellement aux prises avec des demandes énergétiques sans précédent et l’escalade des menaces de changement climatique, de la pollution et de l’épuisement des ressources naturelles. L’humanité doit désespérément passer à des sources d’énergie nettoyantes et renouvelables et développer des méthodes de gestion des déchets industriels, tout en minimisant l’impact environnemental. Ces problèmes mondiaux interconnectés nécessitent des solutions innovantes qui sont à la fois efficaces et durables pendant des périodes prolongées.
Bien que des efforts notables soient en cours pour relever ces défis, de nombreuses technologies existantes et processus catalytiques reposent souvent sur des métaux nobles coûteux, rares et souvent toxiques comme le platine et le palladium, qui limitent leur adoption généralisée, en particulier dans les applications industrielles à grande échelle. De plus, la résolution de divers problèmes tels que la production d’énergie propre, l’assainissement environnemental et la synthèse chimique nécessitent souvent de multiples systèmes spécialisés et infrastructures. Et si un seul matériel pouvait répondre à toutes ces exigences?
Dans une étude récente, une équipe de recherche dirigée par le professeur distingué Ick Soo Kim, ainsi que Gopiraman Mayakrishnan et Azeem Ullah, tous de l’Institut pour l’ingénierie des fibres et les sciences (IFES) à l’Université de Shinshu, au Japon, et à Ramkumar Vanaraj de la SCHÉORATION DE LA SÉCORITÉ CHIMICAL, Université Yeungnam, Republic of Korea, a trouvé une solution nouvelle et pionnière. Leur travail, publié en ligne dans le volume 8 de la revue Composites avancés et matériaux hybrides Le 16 septembre 2025, introduit un nouveau matériau composite trifonctionnel de haute performance synthétisé par une méthode simple et facilement évolutive.
Expliquant leur motivation derrière leur étude, les États du professeur Kim, «Notre motivation découle du besoin urgent de développer des matériaux durables, efficaces et respectueux de l’environnement qui relèvent les défis entrelacés de la rareté énergétique, de la pollution de l’environnement et de la dépendance aux ressources fossiles.»
Les chercheurs ont conçu un composite d’oxyde cuivre-cobalt ancré sur du graphène dopé à l’azote et des nanotubes de carbone (Cuco-oxyde / NGCNT). Ce matériau innovant possède une structure 3D hiérarchique, conçue pour tirer parti des effets synergiques entre les oxydes bimétalliques et les nanostructures de carbone dopé à l’azote. En raison de son architecture conductrice unique, le matériau présente un transfert d’électrons exceptionnel et de nombreux sites catalytiques actifs, qui sont essentiels à ses performances supérieures sur diverses applications.
Pour le stockage d’énergie chez les supercondensateurs, les composants essentiels des systèmes d’énergie renouvelable et des véhicules électriques, le Cuco-oxyde / NGCNT présente une capacité spécifique élevée et une stabilité exceptionnelle, conservant 88% de sa capacité d’origine après 10 000 cycles. Pendant ce temps, dans l’assainissement environnemental, il peut catalyser efficacement la réduction des polluants toxiques contenant du 4-nitrophénol trouvé dans les eaux usées industrielles en précieux composés 4-aminophénol en quelques minutes. Cela souligne le potentiel de purification de l’eau du matériau. De plus, pour la conversion durable de la biomasse, le composite atteint une conversion presque complète de la biomasse du 5-hydroxyméthylfurfural en acide 2,5-furandicarboxylique, un essentiel essentiel chimique pour la production de polymère durable. De plus, ce nouveau composite est également réutilisable et n’est pas toxique.
Enfin, dans les applications d’énergie renouvelable, le Cuco-oxyde / NGCNT sert d’électrocatalyste bifonctionnel pour la division de l’eau, démontrant une activité robuste dans la réaction d’évolution de l’oxygène (OER) et la réaction d’évolution de l’hydrogène (HER). Il présente des propriétés électrochimiques exceptionnelles, notamment de faibles surplats pour les REL et d’elle, même après 40 heures de test continu. « En fournissant un catalyseur rentable, non toxique et durable pour le fractionnement de l’eau, Cuco-oxyde / NGCNT avance les technologies de production d’hydrogène vert, qui sont essentielles pour décarboniser les systèmes d’énergie», Note le professeur Kim. La performance remarquable de ce nouveau catalyseur est aggravée par le fait qu’elle est fabriquée à partir de matériaux peu coûteux et abondants en utilisant une procédure de synthèse simple.
Dans l’ensemble, cette étude marque une étape significative vers la relève des défis mondiaux critiques grâce à la science des matériaux. « Soutenu par des principes de chimie verte et un engagement envers le développement durable, ce travail ouvre la voie à des matériaux multifonctionnels qui intègrent le stockage d’énergie à la durabilité environnementale, à s’aligner sur les objectifs mondiaux pour l’eau potable, l’énergie abordable et l’industrie responsable», Conclut le professeur Kim.
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L’Université de Shinshu est une université nationale fondée en 1949 et a été localisé sous les Alpes japonaises de Nagano connues pour ses superbes paysages naturels.
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Publication originale
Auteurs:
Gopiraman Mayakrishnan, Ramkumar Vanaraj, Bharathi Arumugam, Cadiam Mohan Babu, Madhappan Santhamoorthy, Azeem Ullah, Ji Ha Lee, Seong Cheol Kim et Ick Soo Kim.
Journal:
Composites avancés et matériaux hybrides
Doi:
10.1007 / S42114-025-01374-2
Méthode de recherche:
Étude expérimentale
Sujet de la recherche:
Non applicable
Titre de l’article:
Hiérarchical Cuco-oxyde / N-dopé Graphène-CNT 3D Material composite pour le stockage d’énergie haute performance et la durabilité environnementale
Date de publication de l’article:
16-Sep-2025
Déclaration du COI:
Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Source d’origine:
https://www.shinshu-u.ac.jp/english/topics/2025/09/inexPensive-Multifun.html
Chinatsu anthoine
Université de Shinshu
intl_ac@shinshu-u.ac.jp
Bureau: 81-263-37-2097
Questions fréquemment posées
Quelle est la signification de la nouvelle méthode de préparation pour le n-graphène et les N-CNT avec des oxydes de cuivre et de métal de cobalt?
La nouvelle méthode de préparation permet une liaison uniforme et forte des oxydes métalliques aux matériaux de carbone, améliorant le transport de charges et augmentant la surface des réactions catalytiques.
Comment les caractéristiques structurelles du composite Cuco-oxyde / N-GCNT contribuent-elles à ses performances dans les applications énergétiques et environnementales?
La structure unique du composite, qui comprend une surface élevée et de fortes interactions de support métallique, améliore le transfert d’électrons et fournit des sites actifs abondants, ce qui le rend efficace pour les réactions de catalyse comme le fractionnement de l’eau et la réduction des polluants.
Quels sont les avantages de l’utilisation du composite Cuco-oxyde / N-GCNT dans les processus catalytiques?
Le composite démontre une efficacité catalytique élevée, une excellente recyclabilité et une stabilité, ce qui le rend adapté à des applications durables telles que la conversion de la biomasse en produits chimiques précieux et le traitement des polluants environnementaux.
