Schéma illustrant la production de gaz de synthèse à partir de dioxyde de carbone et d'eau. Les catalyseurs à l'or nu produisent des mélanges de gaz de synthèse riches en monoxyde de carbone, tandis que les catalyseurs à l'or enrichis en cuivre produisent des mélanges de gaz de synthèse plus riches en hydrogène. Crédit :Michael Ross/Laboratoire de Berkeley
Les scientifiques ont développé une nouvelle recette pour créer des mélanges de gaz de synthèse, ou gaz de synthèse, qui consiste à ajouter une pincée d'atomes de cuivre saupoudrés sur une surface d'or. Le nouveau matériau prend en charge une réaction électrochimique à température ambiante qui peut convertir le dioxyde de carbone et l'eau en gaz de synthèse, un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène, et un précurseur important dans la production de produits chimiques et de carburants synthétiques.
Les chercheurs disent que le gaz de synthèse peut être converti en aval en petites molécules, comme l'éthanol, ou des hydrocarbures plus gros, comme ceux de l'essence, par fermentation ou thermochimie. Concevoir un matériau et un procédé pouvant facilement contrôler la composition du gaz de synthèse serait une amélioration importante dans la réduction des impacts environnementaux de ces procédés industriels.
Ils décrivent leur conception dans un article récemment publié dans le Journal de l'American Chemical Society . L'étude a été dirigée par Peidong Yang, chercheur principal à la Division des sciences des matériaux du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du Department of Energy, et Edward Sargent, professeur au département de génie électrique et informatique de l'Université de Toronto.
« Nous ne connaissons aucun autre électrocatalyseur qui combine des taux de production élevés avec un contrôle aussi étendu de la composition du gaz de synthèse, " dit Yang, qui est également professeur de chimie à l'Université de Californie, Berkeley. « De nombreux procédés qui utilisent du gaz de synthèse nécessitent différentes compositions de gaz, nous avons donc voulu créer une famille d'électrocatalyseurs qui peuvent être facilement réglables."
Montré est une image au microscope électronique à balayage de catalyseurs de gaz de synthèse nanostructurés. Crédit :Michael Ross/Laboratoire de Berkeley
Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient contrôler la quantité de monoxyde de carbone et d'hydrogène générée par l'électrocatalyseur en ajustant la quantité d'atomes de cuivre déposés sur une surface d'or nanostructurée.
"Le cuivre modifie la force avec laquelle le CO2 se lie à la surface, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Michael Ross, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Yang. "Une surface nanostructurée qui est principalement de l'or produit principalement du monoxyde de carbone. Pour produire un mélange plus riche en hydrogène, nous ajoutons plus de cuivre."
Les chercheurs ont utilisé des techniques de spectroscopie photoélectronique à rayons X à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab pour quantifier la quantité de cuivre sur l'électrocatalyseur en or nécessaire pour créer différents mélanges de gaz de synthèse. Par exemple, une couche de cuivre d'une épaisseur de 1 atome recouvrant la surface de l'or peut produire un mélange 2 pour 1 d'hydrogène en monoxyde de carbone. Quand l'or est laissé pur, le mélange hydrogène-monoxyde de carbone est de 1 à 10, démontrant une grande flexibilité dans la production de gaz de synthèse.
"Si ces électrocatalyseurs pouvaient être mis à l'échelle pour fonctionner dans des réacteurs industriels, nous pourrions produire du gaz de synthèse en utilisant de l'électricité d'origine renouvelable et du CO2, " a déclaré Ross. " Le syngas est actuellement en cours de conversion en méthanol, Gas-oil, et d'autres produits chimiques utiles partout dans le monde. Cela pourrait rendre la production de ces produits chimiques beaucoup plus durable. »
