Discovery dévoile une nouvelle voie vers la production d’éthanol à partir de CO₂

Dans une étude publié dans Sciences de l’énergie et de l’environnementDes chercheurs du département des sciences des interfaces de l’Institut Fritz Haber ont mis au point une nouvelle méthode permettant de convertir le dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, en éthanol, un carburant durable. Cette avancée majeure pourrait ouvrir la voie à des alternatives plus respectueuses de l’environnement et plus viables économiquement aux combustibles fossiles.

L’article, intitulé « Time-Resolved Operando Insights into the Tunable Selectivity of Cu-Zn Nanocubes during Pulsed CO2 Electroreduction », révèle comment l’équipe a utilisé avec succès une combinaison d’oxyde de cuivre et de zinc pour favoriser la réduction catalytique du CO2 en éthanol.

Traditionnellement, ce procédé s’appuyait uniquement sur des catalyseurs à base de cuivre fonctionnant dans des conditions de réaction stationnaires, qui ne garantissent pas la meilleure sélectivité pour l’éthanol. Le CO2RR pulsé est connu pour changer cela, mais bien qu’il s’agisse d’une approche prometteuse, le catalyseur peut souffrir de problèmes de stabilité en raison des conditions de réaction plus exigeantes, qui nuisent à ses performances.

Cette nouvelle recherche met en évidence les avantages de l’utilisation de techniques de réduction électrochimique pulsée du CO2 (CO2RR). De plus, l’équipe a découvert qu’en ajoutant une coque d’oxyde de zinc aux nanocubes d’oxyde de cuivre, il est possible d’augmenter la production d’éthanol tout en minimisant les sous-produits indésirables tels que l’hydrogène. Il a notamment été possible d’obtenir des résultats similaires, voire supérieurs, dans la production d’éthanol par rapport aux catalyseurs à base de cuivre pur, mais avec des conditions de réaction nettement moins exigeantes.

Par le passé, on a constaté que le processus d’oxydation du catalyseur impliqué dans la réduction du CO2 pulsé conduisait à la perte d’atomes de cuivre par dissolution oxydative dans le milieu liquide (électrolyte), réduisant ainsi son efficacité au fil du temps. Au contraire, la présente étude a révélé qu’un électrocatalyseur plus durable peut être créé par conception grâce au dépôt d’un revêtement d’oxyde de zinc sur les nanocubes de cuivre. Grâce aux nouveaux catalyseurs, c’est alors le composant zinc qui s’oxyde principalement, épargnant le cuivre et préservant ainsi l’intégrité et l’efficacité du catalyseur.

Cette approche innovante permet ainsi d’améliorer la durée de vie des catalyseurs eux-mêmes dans les conditions de réaction dynamiques optimisées pour la génération de produits alcooliques. Les informations détaillées sur la structure et la composition du matériau catalytique nécessaires à son optimisation ont été obtenues par spectroscopie Raman operando, une méthode présentant une excellente sensibilité pour la détection des intermédiaires réactionnels adsorbés.

Cette découverte non seulement soutient l’hypothèse selon laquelle l’état d’oxydation du métal joue un rôle crucial dans la réaction et que les espèces de réaction actives sont créées au cours du processus catalytique, mais démontre également une voie potentielle pour améliorer la sélectivité et l’efficacité de la réduction du CO2 en éthanol. Elle représente une avancée significative dans la quête de solutions énergétiques durables tout en offrant une voie prometteuse pour une production verte et rentable d’éthanol et d’autres carburants à partir du CO2.