La réaction électrocatalytique de réduction des nitrates (NO3RR) a attiré l’attention des chercheurs pour son intérêt significatif dans la synthèse de l’ammoniac et le traitement des effluents. L’électrocatalyse assistée par plasmon fournit une stratégie puissante pour la conversion efficace de l’énergie solaire en énergie chimique en combinant la lumière solaire avec un biais électrochimique sur les nanostructures métalliques plasmoniques.
Malheureusement, les performances électrocatalytiques du NO3RR assisté par plasmon utilisant des catalyseurs en or (Au), un métal plasmonique typique, présentent des rendements ultra-faibles pour la synthèse d’ammoniac en raison de la pire activité catalytique intrinsèque de l’Au pour le NO3RR. Le Cu métallique présente à la fois d’excellentes performances catalytiques pour le NO3RR et l’adsorption par résonance plasmonique. Cependant, aucune recherche ne s’est concentrée jusqu’à présent sur le NO3RR assisté par plasmon sur des photoélectrodes en Cu.
UN étude récente dans le Journal chinois de catalyse apporte un éclairage sur ce sujet.
Le groupe du professeur Yuchao Zhang de l’Institut de chimie de l’Académie chinoise des sciences a découvert que l’excitation plasmonique des nanofils de cuivre (Cu NWs) améliore considérablement les performances du NO3RR. La densité de courant du NO3RR a été augmentée de 27,66 mA cm–2 (une augmentation de 3 fois) sous une irradiation solaire simulée à 328 K par rapport à celle dans l’obscurité à 298 K.
De plus, la densité de courant a conservé 88 % de sa valeur initiale sous excitation plasmonique après 400 cycles de tests de voltamétrie cyclique (CV), contrairement à la décroissance de 43 % dans l’obscurité. L’efficacité faradique (FE) a atteint près de 100 %, avec un potentiel allant de −0,2 à −0,4 V par rapport au RHE, et un rendement élevé en NH3 de 1,37 mmol h−1 cm−2 a été atteint à −0,2 V par rapport au RHE.
L’équipe a découvert que les performances améliorées provenaient de la désorption accélérée limitant la vitesse de NH3, qui contribuait aux effets photoélectriques et thermiques induits par le plasmon sur la photoélectrode en Cu. La stratégie assistée par plasmon était également polyvalente pour d’autres nanostructures à base de Cu et a révélé le grand potentiel de promotion des performances du NO3RR en introduisant une irradiation thermique et lumineuse.
Plus d’informations :
Zhenlin Chen et al, Effet photoélectrique et thermique synergique pour une réduction efficace des nitrates sur les photocathodes plasmoniques en Cu, Journal chinois de catalyse (2024). DOI : 10.1016/S1872-2067(24)60060-4