Un nombre croissant de scientifiques recherchent rapidement, des moyens rentables de convertir le dioxyde de carbone gazeux en produits chimiques et carburants de valeur.

Maintenant, une équipe internationale de chercheurs a révélé une nouvelle approche qui utilise une série de réactions catalytiques pour réduire électrochimiquement le dioxyde de carbone en méthane, l'ingrédient principal du gaz naturel, éliminer une étape intermédiaire habituellement nécessaire dans le processus de réduction.

"Nous voulons fournir de l'électricité renouvelable et extraire le dioxyde de carbone de l'atmosphère et le convertir en autre chose en une seule étape, " a déclaré Bingjun Xu , professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à l'Université du Delaware. "C'est une contribution clé à cette vision."

Les résultats de l'équipe ont été publiés dans la revue Communication Nature le 26 juillet, 2019. Deux des auteurs de l'étude sont basés à l'UD :Xu et l'associée postdoctorale Xiaoxia Chang. Un autre auteur de l'étude, Qi Lu de l'Université Tsinghua en Chine, était auparavant associé postdoctoral au Département de génie chimique et biomoléculaire de l'UD.

Les auteurs de l'article incluent également Haochen Zhang de l'Université Tsinghua, Jingguang Chen de l'Université de Columbia, William Goddard III du California Institute of Technology et Mu-Jeng Cheng de l'Université nationale Cheng Kung de Taïwan.

Un système à un pot

Pour convertir le dioxyde de carbone en carburants précieux, il faut partir d'une surface en cuivre, le métal célèbre pour son utilisation dans les pièces de monnaie et le câblage électrique. Le cuivre peut être utilisé pour réduire le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, qui peuvent ensuite être transformés en substances telles que le méthane. Ce processus est relativement simple, mais elle nécessite deux réacteurs et des étapes coûteuses de séparation et de purification.

L'équipe de recherche a utilisé des calculs et des expériences pour concevoir un système de catalyse à un pot. ajouter du dioxyde de carbone, et une série de réactions chimiques se produira sans qu'il soit nécessaire de s'arrêter et d'ajouter plus de produits chimiques.

Pour faire ça, l'équipe a ajouté des surfaces d'argent nanostructurées spéciales, qui ont été développées par Lu lorsqu'il était associé postdoctoral à l'UD de 2012 à 2015, aux surfaces de cuivre. La partie argent attire les molécules de monoxyde de carbone, qui migrent ensuite vers la partie cuivre et se réduisent en méthane. Le système produit une concentration de méthane plus élevée que les systèmes à base de cuivre uniquement.

"Dans ce travail, la principale nouveauté est de combiner ces deux dans une configuration de sorte que plusieurs étapes de réaction puissent se produire dans un même système, " dit Xu. " Nous avons systématiquement modifié la composition, le rapport argent/cuivre dans la structure. Ce sont les éléments clés de la sélectivité et de la capacité à combiner les réactions."

Les tentatives précédentes de combiner le cuivre avec le métal précieux de cette manière ont échoué, mais le groupe a développé un type spécial de structure d'électrode qui a permis le système. La recherche était le résultat d'un effort de collaboration avec des groupes de recherche contribuant à la spectroscopie, calcul, et des études de réactivité des matériaux.