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La nanoélectrolyse de l’eau

Référence : Juan Olives, Zoubida Hammadi, Roger Morin et Laurent Lapena, Water nanoelectrolysis : A simple model. Journal of Applied Physics 2017, 122, 244902.

Liens internet :
https://doi.org/10.1063/1.5004637
https://arxiv.org/abs/1709.04827
https://hal.archives-ouvertes.fr/ha...

Résumé

Nous définissons la « nanoélectrolyse » comme la nanolocalisation en un point unique de tout phénomène d’électrolyse de l’eau, tel qu’une réaction d’électrolyse (d’oxydation ou de réduction) ou une production de bulles. Nous présentons un modèle général de la nanoélectrolyse basé sur (i) la forte valeur du champ électrique à l’extrémité d’une nanoélectrode (électrode en forme de pointe, de rayon de courbure micrométrique à nanométrique à son extrémité) et (ii) la possibilité pour les électrons de traverser le film diélectrique (double couche de molécules d’eau, de 3 Å d’épaisseur) à la surface de la nanoélectrode, par effet tunnel assisté par le champ électrique. En se donnant un potentiel électrique V(t) quelconque appliqué entre les électrodes, le modèle permet de calculer le champ électrique en tout point de la surface de la nanoélectrode et à tout instant, et donc de déterminer en quel point de la nanoélectrode et à quel instant un courant tunnel — et donc, une réaction d’électrolyse — sera déclenché. C’est donc le champ électrique local — et non le potentiel de l’électrode — qui gouverne les réactions d’électrolyse. En appliquant, par exemple, entre les électrodes un potentiel constant V1 pendant une durée t1, puis un potentiel opposé -V1 pendant la même durée t1 (et un potentiel nul, après), nous montrons qu’il y a trois régions distinctes dans le plan (t1, V1) : l’une, pour la nanolocalisation (à l’extrémité de la nanoélectrode) de la réaction d’oxydation ; la deuxième, pour la nanolocalisation de la réaction de réduction ; et la troisième, pour la nanolocalisation de la production de bulles. Ces paramètres t1 et V1 contrôlent complètement l’instant de déclenchement de chaque réaction d’électrolyse (d’oxydation ou de réduction), leur durée, le courant d’électrolyse (c’est-à-dire, le courant tunnel), le nombre de molécules O2 ou H2 produites, et le rayon de la bulle nanolocalisée produite. Le modèle est en bon accord avec nos expériences.

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