Une équipe de recherche a développé un photocatalyseur à haut rendement qui convertit le dioxyde de carbone (CO2), un contributeur majeur au changement climatique, en gaz naturel (méthane, CH4). L’équipe est dirigée par le professeur In Soo-il du Département des sciences et de l’ingénierie énergétiques de la DGIST. L’étude est publié dans la revue Catalyse appliquée B : Environnement et énergie.
Le réchauffement climatique provoque des climats anormaux partout dans le monde, menaçant la survie de la race humaine. La réduction des gaz à effet de serre est cruciale pour résoudre le problème de plus en plus préoccupant du réchauffement climatique, qui nécessite la conversion du dioxyde de carbone atmosphérique en d’autres substances.
La technologie photocatalytique est une solution respectueuse de l’environnement qui convertit le dioxyde de carbone en substances utiles telles que le gaz naturel en utilisant uniquement l’énergie solaire et l’eau. Le gaz naturel produit peut être utilisé dans notre vie quotidienne comme carburant pour les systèmes de chauffage et de refroidissement et pour les véhicules.
L’équipe de recherche a combiné du séléniure de cadmium, qui absorbe la lumière visible et infrarouge, avec du dioxyde de titane – un oxyde métallique et un matériau photocatalytique bien connu – pour convertir le dioxyde de carbone en gaz naturel avec une grande efficacité.
Auparavant, le dioxyde de titane cristallin, qui possède une structure de réseau périodique, était analysé comme matériau photocatalytique. Cependant, la formation de sites actifs pour les cations trivalents du titane (Ti3+) a été limitée du fait de la disposition régulière des particules.
Pour surmonter ce problème, l’équipe du professeur In a amélioré la réaction catalytique en utilisant du dioxyde de titane amorphe, qui peut former des sites plus actifs pour Ti3+ grâce à des arrangements irréguliers de particules qui n’ont pas la périodicité de la structure du réseau.
En plus d’une catalyse améliorée, le processus de transfert de charge est stable, garantissant un apport suffisant d’électrons pour participer à la réaction. Cela facilite la conversion du dioxyde de carbone en composés carbonés, en particulier en méthane. De plus, contrairement aux photocatalyseurs conventionnels qui nécessitent des températures élevées pour la régénération, les catalyseurs amorphes peuvent être régénérés en une minute lorsque l’oxygène est fourni au réacteur sans chauffage.
Le photocatalyseur amorphe dioxyde de titane-séléniure de cadmium (TiO2-CdSe) nouvellement développé par l’équipe de recherche a maintenu une performance de conversion du méthane de 99,3 % pendant les 6 premières heures après 18 heures de photoréaction, ce qui le rend 4,22 fois plus régénérateur que le photocatalyseur cristallin (C- TiO2-CdSe) ayant la même composition.
« Cette étude est importante dans la mesure où nous avons développé un catalyseur avec des sites actifs régénératifs et identifié le mécanisme par lequel le dioxyde de carbone est converti en méthane à l’aide d’un catalyseur amorphe grâce à des recherches en chimie computationnelle », a déclaré le professeur In du DGIST.
« Nous mènerons des recherches de suivi pour améliorer la perte d’énergie du photocatalyseur amorphe et améliorer sa stabilité à long terme en vue d’une commercialisation future de la technologie », a-t-il ajouté.
Plus d’information:
Niket S. Powar et al, Démêler l’effet de la dynamique des sites actifs Ti3+/Ti4+ sur les voies de réaction dans la photoréduction directe du CO2 en phase gazeuse-solide, Catalyse appliquée B : Environnement et énergie (2024). DOI : 10.1016/j.apcatb.2024.124006
Fourni par DGIST (Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk)