Alors que les niveaux de dioxyde de carbone atmosphérique continuent de grimper, les scientifiques recherchent de nouvelles façons de décomposer le CO 2 molécules pour fabriquer des carburants utiles à base de carbone, chimiques et autres produits. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Université Brown a trouvé un moyen d'affiner un catalyseur au cuivre pour produire des hydrocarbures complexes, connus sous le nom de produits C2-plus, à partir de CO 2 avec une efficacité remarquable.

Dans une étude publiée dans Communication Nature , les chercheurs rapportent un catalyseur capable de produire des composés C2-plus avec une efficacité faradique allant jusqu'à 72 % (une mesure de l'efficacité avec laquelle l'énergie électrique est utilisée pour convertir le dioxyde de carbone en produits de réaction chimique). C'est bien mieux que les efficacités signalées d'autres catalyseurs pour les réactions C2-plus, disent les chercheurs. Et le processus de préparation peut être étendu à un niveau industriel assez facilement, ce qui donne au nouveau catalyseur un potentiel d'utilisation dans le CO à grande échelle 2 efforts de recyclage.

"Il y avait eu des rapports dans la littérature de toutes sortes de traitements différents pour le cuivre qui pourraient produire ces C2-plus avec une gamme d'efficacités différentes, " dit Tayhas Palmore, le professeur d'ingénierie à Brown qui a co-écrit l'article avec Ph.D. l'étudiant Taehee Kim. "Ce que Taehee a fait, c'est un ensemble d'expériences pour découvrir ce que chacune de ces étapes de traitement faisait réellement au catalyseur en termes de réactivité, qui a ouvert la voie à l'optimisation d'un catalyseur pour ces composés multi-carbone."

Il y a eu de grands progrès ces dernières années dans le développement de catalyseurs au cuivre qui pourraient fabriquer des molécules à un seul carbone, dit Palmor. Par exemple, Palmore et son équipe chez Brown ont récemment développé un catalyseur en mousse de cuivre qui peut produire efficacement de l'acide formique, un produit chimique important à un seul carbone. Mais l'intérêt augmente pour les réactions qui peuvent produire des produits C2-plus.

"Finalement, tout le monde cherche à augmenter le nombre de carbones dans le produit au point de produire des carburants et des produits chimiques à plus forte teneur en carbone, " a déclaré Palmor.

Des recherches antérieures avaient montré que l'halogénation du cuivre, une réaction qui recouvre une surface de cuivre d'atomes de chlore, le brome ou l'iode en présence d'un potentiel électrique pourraient augmenter la sélectivité d'un catalyseur en produits C2-plus. Kim a expérimenté différentes méthodes d'halogénation, la mise à zéro sur quels éléments halogènes et quels potentiels électriques ont donné des catalyseurs avec les meilleures performances en CO 2 réactions -à-C2-plus. Il a découvert que les préparations optimales pouvaient donner des rendements faradiques compris entre 70,7 % et 72,6 %, bien plus élevé que tout autre catalyseur au cuivre.

La recherche aide à révéler les attributs qui font qu'un catalyseur au cuivre est bon pour les produits C2-plus. Les préparations les plus efficaces présentaient un grand nombre de défauts de surface - de minuscules fissures et crevasses dans la surface halogénée - qui sont critiques pour les réactions de couplage carbone-carbone. Ces sites défectueux semblent être la clé de la sélectivité élevée des catalyseurs vis-à-vis de l'éthylène, un produit C2-plus qui peut être polymérisé et utilisé pour fabriquer des plastiques.

Finalement, un tel catalyseur facilitera le recyclage à grande échelle du CO 2 . L'idée est de capter le CO 2 produites par des installations industrielles telles que des centrales électriques, fabrication de ciment ou directement à partir de l'air, et le convertir en d'autres composés carbonés utiles. Cela nécessite un catalyseur efficace, facile à produire et à régénérer, et suffisamment bon marché pour fonctionner à l'échelle industrielle. Ce nouveau catalyseur est un candidat prometteur, disent les chercheurs.

"Nous travaillions avec des catalyseurs à l'échelle du laboratoire pour nos expériences, mais vous pourriez produire un catalyseur de pratiquement n'importe quelle taille en utilisant la méthode développée, " a déclaré Palmor.