Dans une étude publié dans Angewandte Chemie International Editionles chercheurs ont développé un électrolyseur asymétrique acide/alcali pour la réaction acide de réduction du CO2 (CO2RR) couplé à l’électrooxydation alcaline du méthanol (MOR) afin de produire simultanément un acide formique précieux avec une efficacité et une stabilité élevées.
La réduction électrochimique du CO2 grâce aux énergies renouvelables pour produire des produits chimiques à haute valeur ajoutée est très prometteuse.
Dans le système de couplage par réaction de dégagement d’oxygène (OER) conventionnel, l’OER de l’anode à elle seule peut consommer environ 90 % de la puissance d’entrée pour le couplage CO2RR-OER. D’un autre côté, les électrolytes alcalins et neutres peuvent inhiber la réaction de dégagement d’hydrogène (HER), favorisant ainsi le CO2RR.
Cependant, en raison de la valeur locale élevée du pH lors de la réaction cathodique, plus de 75 % du CO2 est perdu en réagissant avec les ions hydroxyle (OH-) dans la solution pour former des carbonates, et la durée de vie du catalyseur est également réduite.
Dans cette étude, les chercheurs ont développé un système d’électrolyse couplé efficace, c’est-à-dire couplant le CO2RR acide cathodique avec le MOR alcalin anodique. La solution cathodique contenait 3 M de KCl + 0,1 M de HCl et la solution anodique contenait 1,0 M de KOH + 2,0 M de méthanol, qui étaient séparées par une membrane échangeuse de cations.
Les catalyseurs de nanofleurs Cu2Se@CuO et de nanofeuillets Bi/BiOx ont été synthétisés respectivement pour la cathode et l’anode.
L’électrolyseur développé a démontré un fonctionnement stable à 1,9 V pendant plus de 90 heures. L’efficacité Faraday totale de l’acide formique dépasse 190 % dans une large plage de tension, et seulement 2,1 V sont nécessaires pour atteindre une densité de courant partielle d’acide formique d’environ 130 mA cm-2 tout en consommant trois fois moins d’électricité par rapport au CO2RR couplé acide/alcali. -Système REL.
Les performances supérieures de l’électrolyseur hybride acide/alcali peuvent être attribuées à l’intégration d’excellents catalyseurs anodiques et cathodiques, à l’électrolyse couplée au MOR et à l’exploitation efficace de l’énergie de neutralisation électrochimique.
Cette étude met en lumière des techniques innovantes d’efficacité électronique et d’économie d’énergie pour l’électrolyse du CO2, ainsi que le développement d’électrocatalyseurs hautement efficaces.
L’équipe de recherche comprenait le professeur Wen Zhenhai et Assoc. Professeur Chen Qingsong de l’Institut de recherche du Fujian sur la structure de la matière de l’Académie chinoise des sciences.
Plus d’informations :
Xin Li et al, Co-électrosynthèse efficace en électrons de formiates à partir de matières premières de CO2 et de méthanol, Angewandte Chemie International Edition (2024). DOI: 10.1002/anie.202412410