La méthode de choc thermique rapide permet d’obtenir une dispersion uniforme des nanoparticules métalliques sur des supports en carbone

La réduction électrocatalytique du dioxyde de carbone en produits chimiques et carburants de grande valeur constitue une stratégie prometteuse pour faire face à la crise énergétique mondiale et à l’aggravation des problèmes environnementaux. Cependant, la grande stabilité thermodynamique des molécules de CO2, les réactions compétitives d’évolution de l’hydrogène et la complexité des produits posent des défis importants. Par conséquent, la sélection et la conception des électrocatalyseurs sont cruciales pour améliorer la sélectivité des produits et l’efficacité énergétique.

Dans une étude publié dans le journal ChimiePhysiqueMatièreune équipe de chercheurs chinois a introduit une nouvelle approche : la méthode de synthèse par chauffage Joule rapide qui assure la dispersion uniforme des nanoparticules métalliques (NP) sur des supports en carbone et améliore la conductivité électronique des catalyseurs.

Les nanoparticules fonctionnelles dispersées sur du carbone conducteur offrent des avantages substantiels pour améliorer l’efficacité et la sélectivité de la réduction du CO2. Les supports en carbone facilitent le transfert efficace d’électrons et de chaleur, tout en dispersant et en stabilisant les nanoparticules pour éviter l’agrégation. Cependant, lors de la synthèse par carbonisation, les nanoparticules métalliques s’agrègent souvent pour réduire leur énergie de surface, ce qui entraîne une perte de surface active et une désactivation catalytique.

Grâce à un traitement rapide par choc thermique, les chercheurs ont obtenu une dispersion uniforme de nanoparticules métalliques sur un substrat de carbone (M-PANI-T). La courte durée du choc thermique a inhibé la migration des atomes métalliques, et les défauts du carbone générés par la pyrolyse ont joué un rôle crucial dans l’ancrage des nanoparticules métalliques. En ajustant le temps de traitement à des températures variables, les chercheurs ont étudié l’impact sur les performances catalytiques. Des tests électrochimiques ont révélé que les performances du catalyseur dépendent à la fois des sites actifs métalliques et des supports en carbone, plutôt que uniquement de facteurs individuels.

Selon Jintao Zhang, chercheur principal de l’étude, cette avancée dans le domaine des nanoparticules fonctionnelles préparées sur des substrats de carbone démontre que la méthode de choc thermique par effet Joule présente une bonne universalité et une excellente activité électrocatalytique. Cette méthode peut être utilisée pour préparer divers catalyseurs pour les nanoparticules métalliques supportées par du carbone, réduisant considérablement le temps et les coûts des matières premières tout en fournissant des informations théoriques précieuses pour la conception future des catalyseurs.