26.09.2022 - Hiroshima University

L'enveloppement de cubes de cuivre de taille nanométrique peut aider à convertir le dioxyde de carbone en d'autres produits chimiques

Des chercheurs ont trouvé un nouveau moyen de réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO2) en enveloppant des nanocubes de cuivre d'une couche organique. Ils ont également résolu les problèmes d'instabilité et de sélectivité des nanocubes de cuivre en catalyse et amélioré la façon dont cet électrocatalyseur convertit leCO2 en molécules organiques.

Alors que la nécessité d'atténuer le changement climatique s'accélère, les scientifiques tentent de trouver de nouveaux moyens de réduire les émissions de dioxyde de carbone. L'un de ces procédés, appelé réduction électrochimique ou électrolyse, utilise l'électricité et un catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone en produits organiques qui peuvent être utilisés d'autres manières. Contrairement à la conversion entre l'eau et l'hydrogène, le recyclage chimique du dioxyde de carbone peut donner naissance à divers produits utilisables, car le carbone peut développer une grande variété de structures organiques.

Une façon de réaliser la réduction électrochimique du dioxyde de carbone consiste à utiliser de très petits morceaux de cuivre. Si le cuivre métallique en vrac est connu pour convertir le dioxyde de carbone en diverses molécules organiques, ces petits morceaux de cuivre peuvent encore améliorer l'activité catalytique non seulement par l'augmentation de leur surface mais aussi par la structure électronique unique du cuivre issue de la nanotechnologie.

Dans un article publié dans Chemical Communications le 23 juin, les chercheurs expliquent un processus permettant d'améliorer la façon dont les nanocubes de cuivre convertissent le dioxyde de carbone, en améliorant leur sélectivité. La sélectivité désigne la capacité d'un catalyseur à produire un produit souhaité plutôt que des sous-produits indésirables.

"Les récents développements en matière de réduction du dioxyde de carbone à l'aide d'électrocatalyseurs à base de cuivre permettent de convertir le gaz en hydrocarbures et en alcool, mais la sélectivité des divers électrocatalyseurs à base de cuivre mis au point jusqu'à présent reste difficile à évaluer, car ils ont tendance à perdre leur activité en raison d'une réorganisation structurelle au cours de la catalyse", a déclaré Shoko Kume, professeur associé à la Graduate School of Advanced Science and Engineering de l'université d'Hiroshima au Japon.

Les chercheurs ont découvert que ce problème pouvait être résolu en faisant croître une couche organique sur les nanocubes. Tout d'abord, une paire de monomères a été ajoutée au nanocube d'oxyde de cuivre. Ces monomères ont été attachés par la chimie de l'oxyde de cuivre et une couche organique uniforme s'est développée à la surface des cubes. Cette nouvelle couche organique contribue à améliorer la sélectivité de la réduction du dioxyde de carbone, en partie parce que le dioxyde de carbone est peu soluble et que la couche organique produite par les chercheurs a des propriétés hydrophobes, ce qui signifie qu'elle repousse l'excès d'eau, à partir duquel de l'hydrogène indésirable est produit. "L'enveloppement a amélioré la réduction du dioxyde de carbone sur le cuivre situé sous cette couche organique en supprimant le dégagement d'hydrogène, et a également permis de maintenir la structure cubique tout au long du fonctionnement du catalyseur", a déclaré M. Kume.

Un autre facteur important pour améliorer la qualité de la couche organique était la température au moment de la croissance, les meilleurs résultats ayant été obtenus à température ambiante. Dans les meilleures conditions, la couche est plate avec une épaisseur de plusieurs molécules. Même la couche la plus fine pénètre facilement le dioxyde de carbone et permet au cuivre enveloppé de subir une électroréduction, protégeant ainsi les métaux et aidant les cubes à conserver leur forme.

Actuellement, les nanocubes de cuivre ne sont pas largement adoptés comme méthode de réduction du dioxyde de carbone, car ils sont instables et ne présentent pas le niveau de sélectivité nécessaire pour recycler efficacement le dioxyde de carbone en d'autres produits chimiques. Les conclusions de cet article mettent en évidence une nouvelle méthode de création d'un électrocatalyseur utilisant des nanocubes de cuivre qui peut résoudre certains de ces problèmes. Les chercheurs soulignent également, en se tournant vers l'avenir, que la méthode peut être modifiée pour contrôler à la fois la sélectivité et améliorer le fonctionnement des catalyseurs.

"Notre méthode actuelle peut introduire une grande variété de structures organiques dans la couche, qui peuvent être impliquées dans le processus de réduction du dioxyde de carbone pour contrôler sa sélectivité et son efficacité", a déclaré Kume. "Elle peut également être utilisée pour contrôler le comportement dynamique des espèces métalliques pendant la catalyse, ce qui permet de développer des catalyseurs à longue durée de vie et tolérants aux impuretés."

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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