Réduction du dioxyde de carbone en acétate avec un catalyseur à base de polyaniline recouvert de nanoparticules d’oxyde de cobalt

L’acide acétique, également connu sous le nom d’acétate, et d’autres produits pouvant être développés à partir de l’acide acétique sont utilisés dans de nombreuses industries, de la production alimentaire à la médecine en passant par l’agriculture. Actuellement, la production d’acétate consomme une quantité importante d’énergie et génère des déchets nocifs. La production efficace et durable d’acétate est un objectif important pour les chercheurs qui souhaitent améliorer la durabilité industrielle.

Un article publié dans L’avenir du carbone le 9 juillet, il décrit une méthode utilisant un catalyseur de polyaniline avec des nanoparticules d’oxyde de cobalt pour produire de l’acétate par électroréduction du dioxyde de carbone.

« Le catalyseur à base de polyaniline avec des nanoparticules d’oxyde de cobalt a deux composants : la polyaniline comme matériau continu et l’oxyde de cobalt comme nanoparticules dispersées sur la polyaniline. Cette structure coopérative crée un catalyseur hautement sélectif qui peut produire de l’acétate lors de l’électroréduction du dioxyde de carbone. L’oxyde de cobalt est chargé de produire l’intermédiaire de monoxyde de carbone et de le transmettre ensuite à la polyaniline, où l’acétate est formé par électroréduction », a déclaré Liwen Wang, professeur à l’École de chimie et de génie chimique de l’Université de Nanjing à Nanjing, en Chine.

La polyaniline est un polymère conducteur qui s’est avéré être un catalyseur hautement sélectif utilisé dans la génération d’autres produits à base de carbone. Cette étude examine le rôle de la polyaniline et le mécanisme d’électroréduction du dioxyde de carbone sur la surface de la polyaniline.

Une concentration plus élevée de monoxyde de carbone sur la polyaniline améliore le couplage carbone-carbone à la surface du catalyseur. L’ajout de nanoparticules d’oxyde de cobalt comme catalyseur supplémentaire crée une réaction en tandem hautement sélective pour l’acétate.

« Cette configuration permet une concentration locale plus élevée de monoxyde de carbone par rapport à la polyaniline et améliore le couplage carbone-carbone. Le matériau polyaniline non métallique peut fournir d’excellentes performances dans les électrocatalyseurs », a déclaré Wang. Elle a ensuite décrit la synergie entre le matériau polyaniline et les nanoparticules d’oxyde de cobalt.

« La polyaniline fournit des sites actifs disponibles pour augmenter le couplage carbone-carbone, tandis que les nanoparticules d’oxyde de cobalt offrent un grand nombre d’intermédiaires de monoxyde de carbone. »

Pour mesurer l’efficacité du catalyseur à base de polyaniline et d’oxyde de cobalt, les chercheurs ont également préparé deux échantillons de contrôle : un catalyseur à base de polyaniline sans oxyde de cobalt et un catalyseur à base d’oxyde de cobalt. Le catalyseur à base de polyaniline et d’oxyde de cobalt a amélioré la cristallisation grâce à une taille de cristal plus grande et à des dépôts uniformes de nanoparticules d’oxyde de cobalt. Le revêtement en polyaniline a également permis d’obtenir une surface plus importante, ce qui signifie probablement qu’il y a plus de sites pour l’électroconversion du dioxyde de carbone.

Un test appelé mesure de résonance pragmatique électronique (EPR) a montré que le catalyseur polyaniline/oxyde de cobalt avait plus de lacunes d’oxygène, qui piègent le dioxyde de carbone et permettent les transferts proton-électron nécessaires à la transformation.

Des tests supplémentaires ont été effectués pour confirmer que ce n’était pas l’oxyde de cobalt ou la polyaniline à elle seule qui était responsable de l’amélioration des performances du catalyseur polyaniline/oxyde de cobalt. C’était la nature synergique de la polyaniline et de l’oxyde de cobalt ensemble.

À l’avenir, les chercheurs espèrent continuer à améliorer les performances synergiques entre la polyaniline et l’oxyde de cobalt sur ce catalyseur.

« L’étape suivante consiste à optimiser le système catalytique, en améliorant l’effet tandem pour de meilleures performances. L’objectif ultime est l’électrosynthèse directe de l’acétate en utilisant du dioxyde de carbone et de l’eau comme matières premières », a déclaré Wang.

Parmi les autres contributeurs figurent Pengfei Liu et Qiang Wang de l’Université technologique de Nanjing à Nanjing, en Chine ; et Jie Yang, Chenjia Liang, Changshun Deng, Yinxuan Zhao, Xuefeng Guo, Luming Peng, Nianhua Xue et Weiping Ding de l’Université de Nanjing, en Chine.