La découverte de catalyseur en étain nanométrique ouvre la conversion du co₂ durable

Les chercheurs ont développé un catalyseur durable qui augmente son activité lors de l’utilisation tout en convertissant le dioxyde de carbone (CO2) en produits précieux. Cette découverte offre un plan pour concevoir des électrocatalyseurs de nouvelle génération.

Une équipe collaborative de l’École de chimie de l’Université de Nottingham et de l’Université de Birmingham a développé un catalyseur en microparticules en étain soutenue par une structure de carbone nanotexturée. Les interactions entre les particules d’étain et les nanofibres de carbone graphitisées jouent un rôle essentiel dans le transfert d’électrons de l’électrode de carbone en molécules de CO2 – une étape essentielle dans la conversion du CO2 en formate sous un potentiel électrique appliqué.

Les résultats de cette recherche sont publiés dans ACS Materifications énergétiques appliquées.

Le CO2 est le principal contributeur au réchauffement climatique. Bien que le CO2 puisse être converti en produits utiles, les méthodes thermiques traditionnelles reposent généralement sur l’hydrogène provenant de combustibles fossiles. Par conséquent, il est essentiel de développer des méthodes alternatives comme l’électrocatalyse, qui utilise des sources d’énergie durables, telles que la photovoltaïque et l’énergie éolienne, ainsi que la disponibilité abondante de l’eau comme source d’hydrogène.

Dans l’électrocatalyse, l’application d’un potentiel électrique au catalyseur entraîne des électrons à travers le matériau pour réagir avec l’eau du CO2 et de l’eau, produisant des composés précieux. Un tel produit, Formate, est largement utilisé dans la synthèse chimique des polymères, des produits pharmaceutiques, des adhésifs, etc. Pour une efficacité optimale, ce processus doit fonctionner à faible potentiel tout en maintenant une densité et une sélectivité de courant élevé, garantissant une utilisation efficace des électrons pour convertir le CO2 en produits souhaités.

Le Dr Madasamy Thangamuthu, un chercheur à l’Université de Nottingham a co-dirigé l’équipe de recherche, a déclaré: « Un électrocatalyste réussi doit fortement se lier à la molécule du CO2 et injecter efficacement des électrons pour briser ses liaisons chimiques. Nous avons développé un nouveau type de carbone L’électrode qui intègre des nanofibres graphiés avec une texture à l’échelle nanométrique, avec des surfaces courbes et des bords de pas, pour améliorer l’interaction avec les particules d’étain. « 

Tom Burwell, un assistant de recherche à l’Université de Nottingham, a entrepris le travail tout en étudiant au Center for Doctial Training en chimie durable. Il a développé l’approche et effectué les travaux expérimentaux, a-t-il déclaré: « Nous pouvons évaluer les performances du catalyseur en mesurant le courant électrique consommé par les molécules de CO2 réagissant. En règle générale, les catalyseurs se dégradent pendant l’utilisation, entraînant une diminution de l’activité.

« Étonnamment, nous avons observé que le courant circulant à travers l’étain sur le carbone nanotexturé a augmenté en continu sur 48 heures. Une analyse des produits de réaction confirmée que presque tous les électrons ont été utilisés pour réduire le CO2 pour former, augmentant la productivité par un facteur de 3,6 tout en conservant une sélectivité près de 100%. « 

Les chercheurs ont lié cette auto-optimisation aux microparticules d’étain se décomposant en nanoparticules, aussi petites que 3 nm, pendant la réaction de réduction du CO2. Tom Burwell a élaboré: « En utilisant la microscopie électronique, nous avons constaté que les particules de plus petites en étain avaient obtenu un meilleur contact avec le carbone nanotexturé de l’électrode, améliorant le transport d’électrons et augmentant le nombre de centres d’étain actifs presque dix fois. »

Ce comportement transformateur diffère considérablement des études précédentes, où les changements structurels des catalyseurs sont souvent considérés comme nuisibles. Au lieu de cela, le support soigneusement conçu dans le catalyseur développé par l’équipe de Nottingham permet une adaptation dynamique de l’étain et des performances améliorées.

Le professeur Andrei Khlobystov, School of Chemistry, Université de Nottingham, a déclaré: « Le CO2 n’est pas seulement un gaz à effet de serre bien connu mais aussi une matière première précieuse pour la production de produits chimiques. Par conséquent, la conception de nouveaux catalyseurs de matériaux abondants comme la terre comme le carbone et la boîte est vital pour la conversion de CO2 durable et la réalisation de l’objectif des émissions de zéro du Royaume-Uni.

Cette découverte marque un changement de pas dans la compréhension de la conception des supports pour l’électrocatalyse. En contrôlant avec précision l’interaction entre les catalyseurs et leurs supports à l’échelle nanométrique, l’équipe a jeté les bases de catalyseurs hautement sélectifs et stables pour convertir le CO2 en produits précieux.