Ils disent qu'il vaut mieux avoir eu quelque chose de spécial et l'avoir perdu que de ne jamais l'avoir eu du tout. Qui aurait pensé que le sentiment était vrai pour les catalyseurs à base d'oxyde métallique ? Selon les scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et de Caltech, le cuivre qui était autrefois lié à l'oxygène convertit mieux le dioxyde de carbone en carburants renouvelables que le cuivre qui n'a jamais été lié à l'oxygène.

Pour leur étude, maintenant publié dans la revue Catalyse ACS , les scientifiques ont effectué une spectroscopie aux rayons X sur des prototypes fonctionnels de générateurs de combustible solaire pour démontrer que les catalyseurs fabriqués à partir d'oxyde de cuivre sont supérieurs aux catalyseurs d'origine purement métallique lorsqu'il s'agit de produire de l'éthylène, un gaz à deux carbones avec une vaste gamme d'applications industrielles, même s'il n'y a plus d'atomes d'oxygène détectables dans le catalyseur.

"De nombreux chercheurs ont montré que les catalyseurs au cuivre dérivés d'oxydes sont meilleurs pour fabriquer des produits combustibles à partir de CO 2 , cependant, il y a un débat sur la raison pour laquelle cela se produit, " a déclaré Walter Drisdell, co-responsable de la recherche, un chimiste du Berkeley Lab et membre du Centre commun pour la photosynthèse artificielle (JCAP). JCAP a pour mission de développer des technologies solaires capables de convertir le CO atmosphérique 2 en carburants pétroliers alternatifs. Drisdell et ses collègues disent que leur découverte est une avancée importante vers cet objectif.

Il a expliqué que dans les conditions d'exploitation pour la production de carburant, ce qui implique d'abord la conversion du CO 2 en monoxyde de carbone, puis en créant des chaînes d'hydrocarbures - l'oxygène lié au cuivre est naturellement appauvri dans le catalyseur. Cependant, certains chercheurs pensent que de petites quantités d'oxygène restent dans la structure métallique, et que c'est la source de l'augmentation de l'efficacité.

Pour résoudre le débat, l'équipe a apporté un système de chromatographie en phase gazeuse (GC) à la ligne de rayons X afin de pouvoir détecter la production d'éthylène en temps réel. "Nos collaborateurs de Caltech ont conduit le GC depuis Pasadena et l'ont installé dans le centre de radiographie de Palo Alto, " a déclaré Soo Hong Lee, chercheur postdoctoral au Berkeley Lab et co-auteur principal de l'étude. "Avec ça, nous avons montré qu'il n'y a pas de corrélation entre la quantité d'oxygène (« oxyde ») dans le catalyseur et la quantité d'éthylène produite. Donc, nous pensons que les catalyseurs dérivés d'oxydes sont bons, non pas parce qu'il leur reste de l'oxygène pendant qu'ils réduisent le monoxyde de carbone, mais parce que le processus d'élimination de l'oxygène crée une structure en cuivre métallique qui est mieux à même de former de l'éthylène."

L'équipe a en outre montré que bien que l'efficacité des catalyseurs dérivés d'oxyde diminue avec le temps, il peut être régulièrement « réactivé » en rajoutant et en retirant de l'oxygène au cours d'un simple processus de maintenance. Leur prochaine étape consiste à concevoir une cellule génératrice de combustible pouvant fonctionner avec des instruments de diffusion des rayons X, leur permettant de cartographier directement la structure changeante du catalyseur pendant qu'il convertit le monoxyde de carbone en éthylène.

L'équipe de recherche comprenait également Ian Sullivan et Chengxiang Xiang de Caltech, et David Larson, Guiji Liu, et Francesca Toma au Berkeley Lab. Ce travail a été soutenu par le Bureau des sciences du Département de l'énergie des États-Unis (DOE). JCAP est un centre d'innovation énergétique du DOE.