L’émission excessive de gaz à effet de serre, en particulier de dioxyde de carbone, augmente rapidement la température moyenne mondiale. Capturer le dioxyde de carbone et le convertir en carburants et produits chimiques utiles peut être un moyen idéal pour réduire la concentration de dioxyde de carbone et atténuer ce grave problème environnemental.
Parmi les technologies prometteuses pour la conversion du dioxyde de carbone figure l’hydrogénation du dioxyde de carbone. L’intérêt est fort car l’hydrogène est une énergie verte et durable qui peut être produite en continu. En travaillant pour faire progresser la technologie, divers chercheurs ont testé une gamme de catalyseurs pour l’hydrogénation du dioxyde de carbone, mais l’application de ces catalyseurs en milieu industriel pose encore des problèmes. Les catalyseurs à base de charpentes organométalliques offrent une alternative aux catalyseurs traditionnels pour ces technologies. Ainsi, l’équipe de chercheurs a systématiquement examiné les catalyseurs à base de structures métallo-organiques pour l’hydrogénation sélective du dioxyde de carbone dans le but de développer des catalyseurs qui ont un grand potentiel dans les applications futures de l’hydrogénation du dioxyde de carbone.
L’équipe a publié ses conclusions dans Nano-recherche.
La capture du dioxyde de carbone est devenue un moyen important d’atténuer les impacts négatifs qu’il a sur l’environnement. Mais une fois le dioxyde de carbone capturé, les chercheurs sont alors confrontés au défi de savoir quoi faire avec le dioxyde de carbone capturé, car dans le passé, il n’y a pas eu d’utilisations industrielles pour un si grand volume de dioxyde de carbone. Sachant que l’hydrogénation naturelle du carbone a produit des sources d’énergie fossiles, telles que le pétrole, le charbon et le gaz naturel, lors de la photosynthèse, les chercheurs ont déterminé que l’hydrogénation synthétique du dioxyde de carbone recèle un grand potentiel en tant que méthode de réutilisation du dioxyde de carbone capturé.
Mais trouver le bon catalyseur à utiliser dans l’hydrogénation du dioxyde de carbone a été un défi car les catalyseurs traditionnels nécessitent une température élevée pour convertir le dioxyde de carbone. Ces conditions de chaleur difficiles augmentent les émissions de carbone et provoquent le frittage rapide des substances actives. Et l’activité catalytique limitée et la sélectivité pour l’hydrogénation du dioxyde de carbone sur les catalyseurs traditionnels limitent encore le développement dans le cadre de l’industrie. Les chercheurs voulaient construire de nouveaux catalyseurs pour l’hydrogénation du dioxyde de carbone avec des performances catalytiques plus élevées dans des conditions plus douces, en particulier pour éviter les températures élevées.
Les chercheurs se sont tournés vers les catalyseurs à base de structures métallo-organiques. Les cadres métallo-organiques, une classe de matériaux cristallins, peuvent fournir une plate-forme idéale pour construire de nouveaux catalyseurs pour l’hydrogénation du dioxyde de carbone dans des conditions douces. Les charpentes organométalliques offrent l’avantage d’être des charpentes accordables avec des pores bien définis qui favorisent la construction de divers sites catalytiques. Ces structures catalytiques peuvent être utilisées pour différents produits, tels que le monoxyde de carbone, le méthane, l’acide formique, le méthanol et les produits C2+. Dans leurs recherches, l’équipe a mené une revue détaillée et systématique d’une variété de catalyseurs à base de structures métallo-organiques pour une utilisation potentielle dans l’hydrogénation sélective du dioxyde de carbone.
Bien que de nombreux progrès aient été réalisés dans le développement de catalyseurs à base de structures métallo-organiques, les chercheurs notent que plusieurs défis subsistent. Des recherches plus approfondies sont nécessaires pour résoudre ces problèmes. Dans la perspective des recherches futures dans le domaine des catalyseurs à base de structures métallo-organiques, les chercheurs formulent quatre recommandations pour d’éventuelles études futures.
Premièrement, ils suggèrent qu’une conception plus approfondie et une synthèse précise sont nécessaires pour construire les structures d’interface dans les structures métallo-organiques. Ensuite, les chercheurs suggèrent que la conversion du dioxyde de carbone à basse température peut être améliorée en introduisant des sites fonctionnels dans les structures métallo-organiques pour aider à l’activation du dioxyde de carbone. Leur troisième recommandation est qu’une conception plus approfondie des sites catalytiques dans les cadres métallo-organiques est nécessaire pour réduire la dépendance de la sélectivité du produit cible sur les propriétés intrinsèques des métaux. Leur recommandation finale est de développer des technologies de caractérisation in situ à haute pression, telles que la spectroscopie d’absorption des rayons X in situ à haute pression, l’analyse par diffraction des rayons X et la spectroscopie Raman, pour caractériser le changement structurel dynamique des catalyseurs à base de cadres métallo-organiques au cours du carbone. hydrogénation du dioxyde à haute pression.
« Nous espérons que notre discussion sur les catalyseurs à base de structures organométalliques pour l’hydrogénation sélective du dioxyde de carbone pourra fournir des informations sur le développement des catalyseurs permettant d’atteindre une activité élevée, une excellente sélectivité et une bonne stabilité. Nous pensons que les catalyseurs à base de structures organométalliques ont les grandes perspectives de développement et le potentiel d’application de l’hydrogénation du dioxyde de carbone dans des conditions douces à l’avenir », a déclaré Guodong Li, professeur au Centre national des nanosciences et de la technologie.
Shengxian Shao et al, Progrès récents dans les cadres métallo-organiques pour l’hydrogénation catalytique du CO2 en divers produits, Nano-recherche (2022). DOI : 10.1007/s12274-022-4576-z
Fourni par Tsinghua University Press