17.05.2022 - Tokyo Institute of Technology

Convertir l'excès de CO₂ atmosphérique en produits chimiques riches en énergie.

Lumières, catalyseur, réaction ! Conversion du CO₂ en acide formique à l'aide d'un composé à base de fer supporté par de l'alumine.

La photoréduction duCO2 en combustible transportable comme l'acide formique (HCOOH) est un excellent moyen de faire face à l'augmentation des niveaux deCO2dans l'atmosphère. Pour faciliter cette mission, une équipe de recherche de Tokyo Tech a choisi un minéral à base de fer facilement disponible et l'a chargé sur un support d'alumine pour développer un catalyseur capable de convertir efficacement leCO2 en HCOOH avec une sélectivité d'environ 90 % !

L'augmentation des niveaux deCO2 dans notre atmosphère et leur contribution au réchauffement de la planète sont désormais des sujets d'actualité. Alors que les chercheurs expérimentent différents moyens de lutter contre ce problème, une solution efficace est apparue : convertir l'excès deCO2 atmosphérique en produits chimiques riches en énergie.

La production de combustibles tels que l'acide formique (HCOOH) par photoréduction duCO2 sous l'effet de la lumière du soleil a suscité beaucoup d'intérêt récemment en raison du double avantage que présente ce processus : il peut réduire les émissions excessives deCO2 et contribuer à atténuer la pénurie d'énergie à laquelle nous sommes actuellement confrontés. Excellent vecteur d'hydrogène à haute densité énergétique, le HCOOH peut fournir de l'énergie par combustion tout en ne libérant que de l'eau comme sous-produit.

Pour faire de cette solution lucrative une réalité, les scientifiques ont mis au point des systèmes photocatalytiques capables de réduire leCO2 à l'aide de la lumière du soleil. Un tel système se compose d'un substrat absorbant la lumière (c'est-à-dire un photosensibilisateur) et d'un catalyseur capable de permettre les transferts multi-électroniques nécessaires pour réduire leCO2 en HCOOH. C'est ainsi qu'a commencé la recherche d'un catalyseur approprié et efficace !

Les catalyseurs solides étaient considérés comme les meilleurs candidats pour cette tâche, en raison de leur efficacité et de leur recyclabilité potentielle. Au fil des ans, les capacités catalytiques de nombreux cadres organométalliques (MOF) à base de cobalt, de manganèse, de nickel et de fer ont été explorées, ces derniers présentant certains avantages par rapport aux autres métaux. Cependant, la plupart des catalyseurs à base de fer rapportés jusqu'à présent ne donnent que du monoxyde de carbone comme produit principal, au lieu de HCOOH.

Ce problème a néanmoins été rapidement résolu par une équipe de chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) dirigée par le professeur Kazuhiko Maeda. Dans une étude récente publiée dans Angewandte Chemie, l'équipe a présenté un catalyseur à base de fer, supporté par de l'alumine (Al2O3), qui utilise de l'oxyhydroxyde d'alphafer(III) (α-FeOOH ; géothite). Le nouveau catalyseur α-FeOOH/Al2O3 a montré des propriétés supérieures de conversion duCO2 en HCOOH, ainsi qu'une excellente recyclabilité. Interrogé sur le choix du catalyseur, le professeur Maeda a déclaré : "Nous voulions explorer des éléments plus abondants comme catalyseurs dans un système de photoréduction duCO2 . Nous avons besoin d'un catalyseur solide qui soit actif, recyclable, non toxique et peu coûteux, c'est pourquoi nous avons choisi un minéral du sol très répandu comme la goethite pour nos expériences."

L'équipe a adopté une méthode d'imprégnation simple pour synthétiser son catalyseur. Ils ont ensuite utilisé le matériau Al2O3 chargé de fer pour la réduction photocatalytique duCO2 à température ambiante en présence d'un photosensibilisateur à base de ruthénium (Ru), d'un donneur d'électrons et de lumière visible d'une longueur d'onde supérieure à 400 nanomètres.

Les résultats ont été très encourageants ; leur système a montré une sélectivité de 80-90% vers le produit principal, HCOOH, et un rendement quantique de 4,3% (ce qui indique l'efficacité du système).

Cette étude présente un catalyseur solide à base de fer, le premier du genre, qui peut générer du HCOOH lorsqu'il est accompagné d'un photosensibilisateur efficace. Elle explore également l'importance d'un matériau de support approprié (Al2O3) et son effet sur la réaction de réduction photochimique.

Les résultats de cette recherche pourraient contribuer au développement de nouveaux catalyseurs sans métaux précieux pour la photoréduction duCO2 en d'autres produits chimiques utiles. "Notre étude montre que la voie vers une économie énergétique plus verte n'est pas forcément compliquée. D'excellents résultats peuvent être obtenus même en adoptant des méthodes simples de préparation des catalyseurs et des composés connus et abondants sur terre peuvent être utilisés comme catalyseurs sélectifs pour la réduction duCO2, s'ils sont soutenus par des composés comme l'alumine", conclut le professeur Maeda.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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