La science et l’ingénierie des matériaux de pointe jouent un rôle clé dans la conversion de l’énergie propre. Le développement durable fixe l’objectif des chercheurs de toutes les disciplines, nécessitant des collaborations actives pour optimiser les impacts. Le Dr Xiao Zhang, professeur adjoint au Département de génie mécanique de l’Université polytechnique de Hong Kong (PolyU), dirige des efforts de recherche axés sur les matériaux avancés et les réacteurs électrochimiques pour la conversion d’énergie propre.
Les recherches du Dr Zhang sur les sources et la production d’énergie durable ont reçu d’importantes citations, couvrant plusieurs disciplines telles que la science des matériaux, la chimie, le génie chimique et mécanique. La recherche se concentre sur la réalisation de la décarbonisation grâce à l’électricité propre, avec un accent particulier sur la production de produits chimiques précieux à partir des ressources abondantes de la terre.
L’ingénierie joue un rôle crucial dans la promotion du développement durable en créant des solutions pour les systèmes énergétiques, la production et la gestion des ressources qui peuvent réduire les émissions de carbone, conserver les ressources et protéger l’environnement. L’objectif principal des articles très cités du Dr Zhang est l’exploration de nouveaux matériaux multicouches pour la conversion d’énergie propre. Ses intérêts de recherche s’étendent également à la conversion des déchets polluants tels que le dioxyde de carbone, le nitrate et la biomasse en produits chimiques et carburants précieux.
Le Dr Zhang a déclaré : « Je suis ravi de cette réalisation importante pour influencer les sciences de pointe et les applications innovantes ultérieures. Notre recherche a amélioré les connaissances scientifiques en science des matériaux et en génie chimique, en particulier dans la compréhension des matériaux 2D et le développement de réacteurs électrochimiques pour une production durable.
Faire progresser la connaissance des structures des matériaux et des processus catalytiques est crucial pour la production d’énergie propre. Le Dr Zhang a déclaré : « Nos recherches ont facilité le développement de réacteurs pratiques capables de produire des produits chimiques de valeur à un rythme industriel. Ces nouvelles découvertes ont un impact significatif sur le développement d’une fabrication durable, l’assainissement de l’environnement et l’efficacité des ressources.
Nouveauté dans la recherche
Les chercheurs travaillent sans relâche pour apporter des percées scientifiques. Les travaux du Dr Zhang ont dévoilé des théories et des technologies fondamentales en sciences des matériaux qui servent de références utiles à d’autres chercheurs pour explorer davantage dans diverses disciplines.
Le Dr Zhang a déclaré: « Je suis encouragé par nos travaux très cités, qui comblent finalement les écarts entre les découvertes scientifiques de pointe et les applications pratiques de production. » Par exemple, l’une de ses recherches les plus citées sur l’ingénierie de l’interface catalytique et le réacteur électrochimique a facilité la conception de la production de peroxyde d’hydrogène (H2O2).
L’étude « Réduction électrochimique de l’oxygène en peroxyde d’hydrogène à des taux pratiques dans des milieux fortement acides » a été publié dans Communication Nature en 2022. La recherche a présenté une approche d’ingénierie interfaciale régulée par les cations pour promouvoir le H2O2 de manière sélective à des taux de génération pertinents pour l’industrie dans des milieux fortement acides. Un réacteur à électrolyte solide à double PEM (membrane échangeuse de protons) a été développé pour réaliser une génération continue, sélective et stable de H2O2.
Pratiquement, la solution acide H2O2 offre une plus large gamme d’applications et une plus grande demande. Ceci motive fortement les études sur la génération électrochimique haute performance de H2O2 en milieu acide.
Une autre nouvelle étude en sciences des matériaux a démontré une approche unique de l’ajustement de la structure du matériau, résultant en une manipulation efficace de ses propriétés et fonctionnalités catalytiques. La recherche a méticuleusement étudié les changements structurels au cours du processus d’amorphisation induit par la lithiation. La recherche très citée, « Amorphisation induite par la lithiation de Pd3P2S8 pour un dégagement d’hydrogène hautement efficace » a été publié dans Catalyse naturelle en 2018.
L’étude a présenté une percée dans l’amorphisation des matériaux en couches, transformant des matériaux intrinsèquement non catalytiques en catalyseurs très efficaces pour la production cathodique d’hydrogène. L’ingénierie structurelle au niveau atomique des matériaux inorganiques s’est avérée être une stratégie convaincante pour ajuster leurs propriétés physiques, chimiques et électroniques, améliorant ainsi leurs performances dans diverses applications, en particulier en électrocatalyse.
Les préoccupations croissantes concernant l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone (CO2) et son influence sur le changement climatique ont rendu essentielle la création de stratégies efficaces pour réduire les émissions de CO2. L’équipe du Dr Zhang identifie le potentiel de l’intégration du captage du CO2 et de la conversion électrochimique comme une approche prometteuse pour relever ce défi.
Récemment, le Dr Zhang et son équipe de recherche ont fait des progrès notables dans le domaine de l’énergie durable grâce à leur étude révolutionnaire publiée dans Lettres énergétiques ACS. L’article de synthèse « Intégration du captage du CO2 et de la conversion électrochimique » se penche sur l’exploration de la combinaison du captage du CO2 et de la conversion électrochimique.
Une enquête approfondie a été menée dans le cadre de l’étude pour développer un système efficace et durable qui capte le CO2 des sources d’émission et le convertit ensuite en produits chimiques ou en carburant précieux.
Les résultats fournissent des informations précieuses et des stratégies pratiques pour les chercheurs, les décideurs et les industries travaillant à la gestion durable du CO2 et au développement d’une économie circulaire du carbone. L’intégration du captage du CO2 et de la conversion électrochimique peut nous aider à évoluer vers un avenir plus vert et plus durable.
La transition de l’objectif omniprésent de durabilité et d’énergie propre à des concepts et des découvertes scientifiques complexes pose le défi de repousser constamment les limites de la connaissance tout en respectant des normes de recherche élevées et en s’adaptant à l’évolution du paysage technologique. Tout au long du parcours de recherche, les études du Dr Zhang ont favorisé des collaborations interdisciplinaires dans la poursuite de développements durables dans divers domaines.
« Savoir que votre travail a eu un impact significatif sur le domaine, menant à de nouvelles découvertes et innovations, est extrêmement gratifiant. S’il peut être exigeant de se tenir au courant des dernières avancées et d’aborder de nouvelles questions de recherche, c’est également très gratifiant », a déclaré le Dr Zhang.
Les taux de citation élevés augmenteraient la visibilité du chercheur au sein de la communauté scientifique et attireraient davantage d’opportunités de collaboration, alimentant la vision de façonner l’avenir de la recherche durable à l’échelle mondiale.
Pour l’avenir, le Dr Zhang a déclaré : « Je recherche activement des opportunités de collaboration tout en restant concentré sur ma vision de la recherche. Mon objectif est de provoquer des changements positifs et de faire progresser le domaine de la conversion de l’énergie propre.
Plus d’information:
Qing Xia et al, Intégration du captage du CO2 et de la conversion électrochimique, Lettres énergétiques ACS (2023). DOI : 10.1021/acsenergylett.3c00738