Un catalyseur au bore « auto-chauffant » qui utilise particulièrement efficacement la lumière du soleil pour réduire le dioxyde de carbone (CO2) sert de récupérateur de lumière, convertisseur photothermique, générateur d'hydrogène, et catalyseur en un. Dans la revue Angewandte Chemie , les chercheurs introduisent une réaction photothermocatalytique qui ne nécessite aucun additif au-delà de l'eau. Cela pourrait constituer la base d'un nouveau procédé plus efficace pour convertir le gaz à effet de serre CO2 en une source de carbone utile pour la production de carburants et de produits chimiques.

La voie idéale pour rendre le CO2 utile est la réduction assistée par un photocatalyseur pour utiliser la lumière du soleil comme seule source d'énergie, un processus qui correspond à la première étape de la photosynthèse. Malgré des décennies de recherche, les procédés de conversion du CO2 sont encore trop inefficaces. « Cela est dû en grande partie à l'utilisation insuffisante de la lumière solaire, la barrière à haute énergie pour l'activation du CO2, et la cinétique lente des multiples processus de transfert d'électrons et de protons, " explique Jinhua Ye.

Travaillant avec une équipe du National Institute for Materials Science (NIMS) à Tsukuba, Ibaraki, et l'Université d'Hokkaido à Sapporo (Japon), ainsi que l'Université de Tianjin et l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Nanjing (Chine), Ye poursuit désormais une stratégie qui utilise à la fois l'énergie lumineuse et thermique fournie par la lumière du soleil. Quand le soleil brille sur une surface, il est chauffé. Les chercheurs souhaitent utiliser cet effet photothermique ordinaire pour augmenter l'efficacité des systèmes catalytiques. Leur matériau de prédilection est le bore élémentaire en poudre, qui absorbe très fortement la lumière solaire et la convertit efficacement photothermiquement, se réchauffant remarquablement. Cela a permis à l'équipe de réaliser la réduction efficace du CO2 pour former du monoxyde de carbone (CO) et du méthane (CH4) sous irradiation en présence d'eau, sans réactifs ni cocatalyseurs supplémentaires.

L'irradiation fait chauffer les particules de bore jusqu'à environ 378 °C. A cette température, il réagit avec l'eau, formation d'oxydes d'hydrogène et de bore in situ. Les oxydes de bore agissent comme des « pièges » pour les molécules de CO2. L'hydrogène est très réactif et, en présence du catalyseur au bore photoactivé, réduit efficacement le CO2 en fournissant les protons (H+) et les électrons nécessaires.

« La clé de notre succès réside dans les propriétés favorables de la poudre de bore, qui en font un catalyseur tout-en-un :moissonneuse légère, convertisseur photothermique, source d'hydrogène, et catalyseur, " dit Ye. "Notre étude confirme le potentiel très prometteur d'une stratégie photothermocatalytique pour la conversion du CO2 et ouvre potentiellement de nouvelles perspectives pour le développement d'autres systèmes de réaction à énergie solaire."