Le carbone abondant sur Terre pourrait offrir une riche ressource renouvelable pour une énergie propre et durable. La technologie – appelée catalyse électrochimique à base de carbone – qui pourrait rendre possible la conversion de l’énergie verte existe, selon une collaboration internationale enquêtant sur les progrès récents, mais n’est pas prête pour une large application.
Bien que les catalyseurs n’aient pas encore atteint le point idéal des performances et de la rentabilité nécessaires au déploiement industriel, selon les chercheurs, il existe des voies claires pour faire progresser la technologie grâce à la promesse d’électrocatalyseurs sans métal à base de carbone (C-MFEC). L’équipe a publié son avis le 15 décembre dans Énergie de recherche nanométrique.
« Il est impératif de développer une énergie durable et claire ainsi que des dispositifs de stockage connexes pour atténuer la pénurie d’énergie et la pollution de l’environnement », a déclaré l’auteur co-correspondant Liming Dai, professeur Scientia, lauréat du Australian Research Council et directeur du financement de l’Australian Carbon Materials Center. , École de génie chimique, Université de Nouvelle-Galles du Sud.
« Dans cet article, nous fournissons un examen concis mais critique des progrès récents dans le développement de C-MFEC conçus de manière rationnelle avec des sites d’activité à haute performance pour les réactions et les systèmes liés à l’énergie. à la recherche de conseils pour leur application potentielle dans divers processus catalytiques d’importance pratique. »
Les catalyseurs électrochimiques accélèrent généralement une réaction au niveau d’une électrode, qui nécessite souvent un métal. Les métaux qui fonctionnent le mieux, comme le platine, sont rares et chers. Les métaux plus courants, tels que le fer et le cuivre, sont moins chers mais moins efficaces pour accélérer une réaction complète.
Selon l’auteur co-correspondant Chuangang Hu, auteur correspondant et professeur au State Key Laboratory of Organic-Inorganic Composites, College of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Technology, les C-MFEC offrent une alternative potentielle aux matériaux à base de métaux nobles et de transition. électrocatalyseurs à base de métaux.
« Des alternatives sans métal à faible coût, à haute activité et stables pour les technologies d’énergie renouvelable sont désespérément souhaitées », a déclaré Hu.
« Après environ une décennie de recherche et développement approfondis dans le monde entier et avec la disponibilité de ces stratégies nouvellement développées, les C-MFEC montrent des applications potentielles dans les énergies renouvelables et les technologies environnementales d’importance pratique. Principalement depuis 2015, de nombreuses stratégies ont été signalées pour améliorer l’activité catalytique électrochimique en concevant des C-MFEC grâce à un ajustement intrinsèque de la structure catalytique et à un assemblage rationnel. »
Dans leur évaluation des sept dernières années, à peu près, de la littérature scientifique, les chercheurs ont découvert que les travaux les plus récents comprennent comment contrôler l’accent mis sur la conception de la structure et la régulation des sites actifs catalytiques intrinsèques, ou avec quelle efficacité le catalyseur provoque la réaction souhaitée. . Les travaux récents incluent également des avancées dans la construction de structures d’assemblage et composites 3D et des enquêtes sur les mécanismes sous-jacents aux C-MFEC.
« Ces dernières années ont vu d’énormes progrès dans le domaine des C-MFEC », a déclaré Dai. « La conception et la réglementation rationnelles de la configuration et de la structure des C-MFEC pourraient être utilisées pour personnaliser des catalyseurs avancés avec les propriétés et les performances souhaitées, ce qui pourrait faire en sorte que les C-MFEC dépassent les catalyseurs à base de métal dans la course au marché technologique des énergies renouvelables. »
Pour soutenir l’avancement des C-MFEC en tant qu’alternative aux métaux pour des applications pratiques à grande échelle, Dai a déclaré qu’il existe toujours un besoin « urgent » de développer des stratégies de synthèse efficaces et contrôlables. Selon Dai et Hu, les chercheurs devraient se concentrer sur la résolution des principaux défis pour générer des C-MFEC reproductibles à grande échelle avec des sites actifs électrocatalytiques uniformes et stables pour des réactions spécifiques.
Ces obstacles comprennent le développement d’une meilleure synthèse et un contrôle précis de la structure et des propriétés des C-MFEC ; améliorer la caractérisation des catalyseurs et de leurs sites actifs pour mieux éclairer la modélisation théorique ; développer des C-MFEC multifonctionnels ; et la préparation des C-MFEC pour l’industrialisation.
« Notre objectif est de fournir un examen opportun et concis, mais critique, des progrès récents dans le développement des C-MFEC en tant que conseils significatifs pour la conception et la synthèse des C-MFEC hautes performances. » dit Hu.
Plus d’information:
Jixin Yan et al, Progrès récents dans les catalyseurs électrochimiques à base de carbone : de la conception de la structure aux applications potentielles, Énergie de recherche nanométrique (2022). DOI : 10.26599/NRE.2023.9120047
Fourni par Tsinghua University Press