La pollution par le dioxyde de carbone continue de modifier le climat mondial. Les chercheurs savent comment repérer ces pollutions, même sur une base régionale et en temps quasi réel. Dans le cadre d’une solution à la pollution par le dioxyde de carbone, de nombreuses études portent sur la façon de convertir ce polluant en carburant, comme le méthanol. Les catalyseurs à base de cuivre sont un outil pour de telles conversions. Comprendre la chimie étape par étape correspondante est essentiel pour optimiser la conversion du polluant de dioxyde de carbone en carburant méthanol. Cependant, les détails de cette chimie restent flous; des expériences sont nécessaires pour tester des hypothèses qui sont actuellement basées sur des simulations informatiques.
Or, dans une étude récemment publiée dans Journal de l’American Chemical Society des chercheurs de l’Université de Tsukuba et des partenaires collaborateurs ont mesuré expérimentalement l’hydrogénation du formiate adsorbé au cuivre. Cette étude aidera les chercheurs à optimiser les étapes critiques du processus de conversion du polluant en carburant susmentionné et à accélérer ainsi la production de méthanol.
« L’hydrogénation du dioxyde de carbone en méthanol est une technologie clé potentielle pour la production de carburant et de matières premières chimiques, mais l’optimisation de la réaction reste difficile », explique le Dr Kotaro Takeyasu, auteur principal. « C’est parce qu’il est difficile de détecter expérimentalement des intermédiaires chimiques dans le mécanisme de réaction étape par étape. »
La spectroscopie d’absorption par réflexion infrarouge et la désorption programmée en température ont été essentielles pour obtenir deux résultats principaux. Premièrement, à une température de 200 Kelvin, l’exposition à l’hydrogène atomique correspondait à l’hydrogénation du formiate adsorbé. La nature chimique exacte du produit n’est pas encore claire. Il a également été constaté qu’à une température de 250 Kelvin, le formiate hydrogéné se décomposait en formiate adsorbé ou formaldéhyde gazeux, dans un rapport de 96:4.
« Sur la base de nos travaux expérimentaux et informatiques, l’énergie d’activation de l’hydrogénation du formiate adsorbé est d’environ 121 kilojoules par mole », déclare le Dr Takeyasu. « Nos résultats sont cohérents avec les résultats rapportés des études de synthèse de méthanol. »
Les alliages cuivre-zinc sont particulièrement courants dans ce domaine d’activité. Le groupe de recherche étudie actuellement comment les énergies d’activation rapportées dans la présente étude se comparent à des alliages catalytiques particulièrement utiles, qui nécessitent également des investigations expérimentales et informatiques.
Les résultats de cette étude aideront les chercheurs à optimiser la production de méthanol à partir de dioxyde de carbone. Ces travaux contribueront à convertir un polluant atmosphérique en carburant pour les véhicules et en matières premières chimiques pour l’industrie. Il fournit un moyen de valoriser le dioxyde de carbone, qui est communément considéré comme un déchet. En optimisant la réaction d’hydrogénation décrite ici, les chercheurs pourraient disposer d’un nouvel outil pour utiliser au maximum des ressources limitées.
Kotaro Takeyasu et al, Hydrogénation d’espèces de formiate à l’aide d’hydrogène atomique sur un catalyseur modèle Cu (111), Journal de l’American Chemical Society (2022). DOI : 10.1021/jacs.2c02797