Un nouveau catalyseur au dioxyde de titane semble prometteur pour la réduction électrocatalytique du dioxyde de carbone

La conversion du dioxyde de carbone atmosphérique (CO2), un gaz à effet de serre, en ressources utiles telles que le monoxyde de carbone, l’acide formique et le méthanol et leurs sous-produits est considérée comme une voie prometteuse pour atténuer le réchauffement climatique et générer de la valeur économique. Une approche de la conversion du CO2 consiste à utiliser la réduction électrocatalytique.

Ce processus utilise des catalyseurs conventionnels, tels que le plomb, l’argent, l’étain, le cuivre, l’or, etc., supportés sur du carbone conducteur comme matériau d’électrode pour une réduction sélective du CO2. Cependant, l’électrode est souvent exposée à un environnement à pH élevé de l’électrolyte pendant l’électrocatalyse, ce qui peut dégrader le support du catalyseur et constitue une source de préoccupation majeure.

Pour relever ce défi, une équipe de chercheurs, dirigée par M. Kai Takagi et le professeur Chiaki Terashima de la Graduate School of Science and Technology et de l’Institut de recherche en sciences et technologies de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) au Japon, a récemment développé un support de catalyseur à base de poudre de dioxyde de titane (TiO2), un composé couramment utilisé dans les crèmes solaires, les peintures, les revêtements, le dentifrice, les plastiques, le papier, les produits pharmaceutiques et les colorants alimentaires, comme alternative au carbone pour faciliter une réduction efficace du CO2.

Leurs travaux ont été publiés dans Science de l’environnement total.

Les chercheurs ont d’abord effectué un traitement de surface à l’aide d’un plasma liquide sûr et peu coûteux pour améliorer les propriétés électrochimiques du TiO2.

« Le TiO2 traité au plasma dans un liquide a conservé sa forme de particule et sa structure cristalline. De plus, l’analyse élémentaire et l’évaluation de l’état de liaison interfaciale et des propriétés électrochimiques du TiO2 ont révélé que les pics rédox correspondant au Ti4+ et Ti3+ dérivés du TiO2 ont disparu et que l’hydrogène a disparu. les surtensions ont diminué », a déclaré le professeur Terashima.

Ces observations ont conduit l’équipe à conclure qu’un revêtement ou un dopage de tungstène s’est produit sur certaines parties de la surface réduite du TiO2.

Les chercheurs ont ensuite utilisé le TiO2 comme support et l’ont chargé de nanoparticules d’argent (AgNP), qui agissent comme catalyseurs, pour développer une électrode à diffusion gazeuse pour la réduction du CO2. Alors que le TiO2 non traité présentait une sélectivité élevée pour le CO2 et le noir de carbone, le TiO2 traité au plasma dans un liquide avec une charge d’AgNP de 40 % en poids a démontré une production accrue d’hydrogène et des performances catalytiques améliorées.

Étant donné qu’un rapport approprié entre l’hydrogène et le monoxyde de carbone est important pour une réduction efficace du CO2, la technologie présentée présente donc un énorme potentiel pour convertir le CO2 en sous-produits utiles, tels que le gaz de synthèse, considéré comme un carburant propre à très haute valeur industrielle.

De plus, la réduction électrocatalytique du CO2 peut être intégrée à des sources d’énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires ou l’énergie éolienne, pour une conversion durable et respectueuse de l’environnement du CO2. Ce travail constitue donc une étape importante vers une lutte efficace contre les émissions de gaz à effet de serre et contre le changement climatique.

« Espérons que la présente étude favorisera la recherche sur les technologies pour la neutralité carbone et le recyclage du carbone, conformément aux objectifs de développement durable 7, 12 et 13 des Nations Unies sur l’énergie abordable et propre, la consommation et la production responsables et l’action climatique, respectivement. Ceux-ci, à leur tour, ouvriront les portes à la réalisation d’un avenir neutre en carbone et durable », conclut le professeur Terashima.