De nombreux procédés industriels émettent du dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Malheureusement, cependant, les méthodes actuelles de séparation électrochimique sont coûteuses et consomment de grandes quantités d'énergie. Ils nécessitent également des métaux chers et rares comme catalyseurs. Une étude dans la revue Angewandte Chemie décrit un nouvel électrocatalyseur aérogel formé d'un alliage métallique peu coûteux, qui permet une conversion électrochimique très efficace du dioxyde de carbone. Le produit principal est l'acide formique, qui est un produit chimique basique non toxique.

Capter et fixer chimiquement le dioxyde de carbone des procédés industriels serait un grand pas vers la neutralité carbone. Pour empêcher le fameux gaz à effet de serre de s'échapper dans l'air, il peut être compressé et stocké. Une autre option est la conversion électrochimique pour donner d'autres composés carbonés.

Cependant, en raison de la forte consommation d'énergie et du coût des catalyseurs, les méthodes de séparation électrochimique ne peuvent pas être utilisées à l'échelle industrielle. Cela a incité Tianyi Ma de l'Université de technologie de Swinburne à Hawthorn, Australie, et collègues pour enquêter sur les matériaux de remplacement. Les électrocatalyseurs actuellement utilisés sont à base de métaux précieux tels que le platine et le rhénium. Ils catalysent très efficacement les processus de fixation électrochimique du carbone, mais ils sont aussi très chers.

Les auteurs ont découvert que les métaux non précieux étain et bismuth peuvent former des aérogels, qui sont des matériaux incroyablement légers aux propriétés catalytiques particulièrement prometteuses. Les aérogels contiennent un réseau ultraporeux qui favorise le transport des électrolytes. Ils offrent également des sites abondants où les processus électrochimiques peuvent avoir lieu.

Pour produire les aérogels, l'équipe a mélangé une solution de sels de bismuth et d'étain avec un agent réducteur et un stabilisant. Une simple agitation de ce mélange a conduit à un hydrogel stable d'un alliage bismuth-étain après six heures à température ambiante. Un simple processus de lyophilisation a produit l'aérogel, formé de nanofils faiblement entrelacés et ramifiés.

Les auteurs ont découvert que l'aérogel bimétallique fonctionnait remarquablement bien pour la conversion du dioxyde de carbone. Par rapport au bismuth pur, étain pur, ou l'alliage non lyophilisé, une densité de courant significativement plus élevée a été observée. La conversion a eu lieu avec un rendement de 93%, qui était au moins aussi efficace, sinon plus, que les matériaux standards actuellement utilisés, indiquant un processus à faible teneur en déchets.

Le procédé a montré "une excellente sélectivité et stabilité pour la production d'acide formique sous pression normale à température ambiante". Les seuls sous-produits étaient du monoxyde de carbone et de l'hydrogène formés en quantités infimes. Les auteurs expliquent que cette sélectivité et stabilité étaient le résultat des conditions d'énergie à la surface de l'alliage. Ici, les molécules de dioxyde de carbone s'accumulent de telle manière que l'atome de carbone est libre de lier les atomes d'hydrogène des molécules d'eau. Cela donne l'acide formique comme produit préféré.

Cette recherche laisse entrevoir des perspectives d'avenir positives pour d'autres combinaisons de métaux. Il est probable que d'autres métaux non précieux se convertiraient en aérogels, former pas cher, non toxique, et des catalyseurs hautement efficaces pour la réduction électrochimique du dioxyde de carbone.