Les carbures de molybdène (Mo), connus pour leurs propriétés électroniques et structurelles uniques, sont considérés comme des alternatives prometteuses aux catalyseurs à base de métaux nobles dans la catalyse hétérogène. Cependant, les méthodes traditionnelles de préparation des carbures de Mo souffrent de processus complexes, de conditions de synthèse rigoureuses, d’une régulation cristalline difficile et d’une consommation d’énergie élevée. De plus, les carbures de Mo sont sensibles à l’oxydation et à la désactivation, ce qui constitue un obstacle important à leur application généralisée.
Dans une étude publié dans Chimie de la natureun groupe de recherche dirigé par le professeur Sun Jian de l’Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a développé une stratégie facile pour établir des catalyseurs au carbure de Mo pour une conversion efficace du CO2, contournant le processus de carburation compliqué des méthodes traditionnelles.
Les chercheurs ont fabriqué un catalyseur MoO3 modifié à l’ir en utilisant une méthode de pyrolyse par pulvérisation de flamme en une étape (FSP), ce qui a permis d’obtenir des espèces d’oxyde de Mo métastables en raison de la trempe rapide à haute température. Cette structure unique a facilité la carburation induite par la réaction pendant la réaction RWGS, créant ainsi des sites actifs d’oxycarbure de Mo (MoOxCy) résistants à l’oxydation.
Le catalyseur a montré une excellente activité et une excellente stabilité, soulignant la supériorité des catalyseurs à base de carbure de Mo induits par réaction. À 600 °C, il a atteint un taux de production de CO de 17,5 mol gcat-1 h-1 avec une sélectivité de CO de 100 %. Aucune désactivation significative n’a été observée au cours d’un test de stabilité de 2 000 heures, ce qui montre son grand potentiel pour les applications industrielles.
Des recherches plus poussées ont révélé que les sites actifs cruciaux dans la réaction RWGS étaient les espèces MoOxCy insaturées à la surface des carbures de Mo. Ces espèces pouvaient maintenir un équilibre dynamique dans l’atmosphère combinée de réduction, de carburation et d’oxydation, empêchant ainsi une désactivation sévère.
De plus, les chercheurs ont proposé une nouvelle voie de cycle du carbone dans la réaction RWGS qui était plus favorable thermodynamiquement que la voie redox traditionnelle en favorisant la dissociation H2 par les espèces *COH. Cette voie pourrait agir comme un complément au mécanisme redox, améliorant la conversion du CO2 sur les carbures de Mo et conduisant à des performances catalytiques supérieures.
« Notre étude fournit une stratégie à faible consommation d’énergie pour développer des carbures de Mo comme catalyseurs efficaces et ouvre la voie à l’application d’un système de catalyseur à base de Mo à faible coût pour l’utilisation du CO2 », a déclaré le professeur Sun.
Plus d’informations :
Les oxycarbures de Mo insaturés induits par réaction permettent d’obtenir des catalyseurs de conversion de CO2 hautement actifs, Chimie de la nature (2024). DOI : 10.1038/s41557-024-01628-4