Alors que la gravité du changement climatique et des émissions de carbone devient une préoccupation mondiale, les technologies pour convertir le dioxyde de carbone (CO2) en ressources telles que les carburants chimiques et les composés sont nécessaires de toute urgence. L’équipe de recherche du Dr Dahee Park de la Nano Materials Research Division de la Korea Institute of Materials Science (KIMS) a collaboré avec l’équipe du professeur Jeong-Young Park du Département de chimie de Kaist pour développer une technologie de catalyseur qui améliore considérablement l’efficacité de l’efficacité de Conversion de dioxyde de carbone (CO2).
Le papier est publié dans le journal Catalyse appliquée B: environnement et énergie.
Les technologies de conversion de dioxyde de carbone conventionnelles (CO2) ont été confrontées à des défis de commercialisation en raison de leur faible efficacité par rapport à une consommation d’énergie élevée. En particulier, les catalyseurs à atomes uniques (SAC) souffrent de processus de synthèse complexes et de difficultés à maintenir une liaison stable avec des supports d’oxyde métallique, qui sont cruciaux pour stabiliser les particules de catalyseur et améliorer la durabilité. En conséquence, les performances de ces catalyseurs ont été limitées.
Pour surmonter ces limitations, l’équipe de recherche a développé des technologies de catalyseur à atomes unique et à double atome (DSAC) et a introduit un processus simplifié pour améliorer l’efficacité du catalyseur. Cette réalisation utilise des interactions électroniques entre les métaux dans les catalyseurs à double atome (DSAC), atteignant des taux de conversion plus élevés et une excellente sélectivité (la capacité d’un catalyseur à diriger la production de produits souhaités) par rapport aux technologies existantes.
Cette technologie implique une approche de conception de catalyseur qui contrôle précisément les lacunes d’oxygène et les structures de défaut dans les supports d’oxyde métallique, améliorant considérablement l’efficacité et la sélectivité des réactions de conversion de dioxyde de carbone (CO2). Les lacunes en oxygène facilitent l’adsorption de CO2 sur la surface du catalyseur, tandis que les catalyseurs à atomes simples et à double sert aident à l’adsorption de l’hydrogène (H2).
L’action combinée des lacunes à l’oxygène, des atomes uniques et des atomes à double single permet la conversion efficace de CO2 avec H2 en composés souhaités. Notamment, les catalyseurs à double atome (DSAC) utilisent des interactions électroniques entre deux atomes de métaux pour réguler activement la voie de réaction et maximiser l’efficacité.
L’équipe de recherche a appliqué la méthode de pyrolyse par pulvérisation assistée par aérosol pour synthétiser les catalyseurs à travers un processus simplifié, démontrant également son potentiel de production de masse. Ce processus consiste à transformer des matériaux liquides en aérosols (particules fines en forme de brume) et à les introduire dans une chambre chauffée, où le catalyseur se forme sans avoir besoin d’étapes intermédiaires complexes. Cette méthode permet la dispersion uniforme des atomes métalliques dans le support de l’oxyde métallique et le contrôle précis des structures de défauts.
En contrôlant avec précision ces structures de défaut, l’équipe a pu former de manière stable des catalyseurs à atomes (DSAC) à double et à deux et à deux. Tirant parti des DSAC, ils ont réduit l’utilisation de catalyseurs à atomes uniques d’environ 50% tout en atteignant plus de deux fois l’efficacité de conversion du CO2 par rapport aux méthodes conventionnelles et une sélectivité exceptionnellement élevée de plus de 99%.
Cette technologie peut être appliquée dans divers domaines, notamment la synthèse des combustibles chimiques, la production d’hydrogène et l’industrie de l’énergie propre. De plus, la simplicité et l’efficacité de production élevée de la méthode de synthèse du catalyseur (pyrolyse de pulvérisation assistée par aérosol) le rendent très prometteur pour la commercialisation.
Le Dr Dahee Park, le chercheur principal, a déclaré: « Cette technologie représente une réalisation significative pour améliorer considérablement les performances des catalyseurs de conversion CO2 tout en permettant la commercialisation grâce à un processus simplifié. Il devrait servir de technologie de base pour atteindre la neutralité du carbone. »
Le professeur Jeong-Young Park de Kaist a ajouté: « Cette recherche fournit une méthode relativement simple pour synthétiser un nouveau type de catalyseur à atomes uniques qui peut être utilisé dans diverses réactions chimiques. Il offre également un fondement crucial pour le développement de la décomposition et de l’utilisation du CO2 Les catalyseurs, qui est l’un des domaines de recherche les plus urgents pour lutter contre le réchauffement climatique causé par les gaz à effet de serre. «
Plus d’informations:
Dahee Park et al, Aperçu de l’effet de synergie dans les catalyseurs à deux atomes uniques sur le CEO2 défectueux sous l’hydrogénation du CO2, Catalyse appliquée B: environnement et énergie (2024). Doi: 10.1016 / j.apcatb.2024.124987