Avec l'aggravation du changement climatique, il y a un besoin croissant de technologies capables de capturer et d'utiliser le CO atmosphérique 2 (dioxyde de carbone) et réduire notre empreinte carbone. Dans le domaine des énergies renouvelables, CO 2 Les e-carburants sont apparus comme une technologie prometteuse qui tente de convertir le CO atmosphérique 2 en carburants propres. Le processus implique la production de gaz synthétique ou de gaz de synthèse (un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone (CO)). Avec l'aide de la réaction inverse eau-gaz (RWGS), CO 2 est décomposé en CO nécessaire au gaz de synthèse. Tout en promettant dans son efficacité de conversion, la réaction RWGS nécessite des températures incroyablement élevées (> 700°C) pour continuer, tout en générant des sous-produits indésirables.

Pour faire face à ces problèmes, les scientifiques ont développé une version modifiée en boucle chimique de la réaction RWGS qui convertit le CO 2 au CO selon une méthode en deux étapes. D'abord, un oxyde métallique, utilisé comme matériau de stockage d'oxygène, est réduit par l'hydrogène. Ensuite, il est réoxydé par le CO 2 , produisant du CO. Cette méthode est exempte de sous-produits indésirables, simplifie la séparation des gaz, et peut être rendu réalisable à des températures plus basses en fonction de l'oxyde choisi. Par conséquent, les scientifiques ont recherché des matériaux d'oxyde qui présentent des taux d'oxydo-réduction élevés sans nécessiter de températures élevées.

Dans une étude récente publiée dans Sciences chimiques , des scientifiques de l'Université Waseda et d'ENEOS Corporation au Japon ont révélé qu'un nouvel oxyde d'indium modifié avec du cuivre (Cu-In 2 O 3 ) présente un CO record 2 taux de conversion de 10 mmolh ^-1 g ^-1 à des températures relativement modestes (400-500°C), ce qui en fait un précurseur parmi les matériaux de stockage d'oxygène requis pour le CO à basse température 2 conversion. Pour mieux comprendre ce comportement, l'équipe a étudié les propriétés structurelles de l'oxyde Cu-In ainsi que la cinétique impliquée dans la réaction RWGS en boucle chimique.

Les scientifiques ont effectué des analyses par rayons X et ont découvert que l'échantillon contenait initialement un matériau parent, Cu2In 2 O 5 , qui a d'abord été réduit par l'hydrogène pour former un alliage Cu-In et de l'oxyde d'indium (In 2 O 3 ) puis oxydé par le CO 2 céder Cu-In 2 O 3 et CO. Les données aux rayons X ont en outre révélé qu'il avait subi une oxydation et une réduction au cours de la réaction, fournissant l'indice clé aux scientifiques. "Les mesures aux rayons X ont clairement montré que la réaction RWGS en boucle chimique est basée sur la réduction et l'oxydation de l'indium qui conduit à la formation et à l'oxydation de l'alliage Cu-In, " explique le professeur Yasushi Sekine de l'université de Waseda, qui a dirigé l'étude.

Les investigations cinétiques ont fourni des informations supplémentaires sur la réaction. L'étape de réduction a révélé que Cu était responsable de la réduction de l'oxyde d'indium à basse température, tandis que l'étape d'oxydation a montré que la surface de l'alliage Cu-In conservait un état fortement réduit tandis que sa masse s'oxydait. Cela a permis à l'oxydation de se produire deux fois plus rapidement que celle des autres oxydes. L'équipe a attribué ce comportement d'oxydation particulier à une migration rapide d'ions d'oxygène chargés négativement de la surface de l'alliage Cu-In vers sa masse, qui a aidé à l'oxydation en masse préférentielle.

Les résultats ont, tout à fait prévu, ont enthousiasmé les scientifiques sur les perspectives d'avenir des oxydes de cuivre-indium. "Compte tenu de la situation actuelle avec les émissions de carbone et le réchauffement climatique, un procédé de conversion de dioxyde de carbone à haute performance est fortement souhaité. Bien que la réaction RWGS en boucle chimique fonctionne bien avec de nombreux matériaux d'oxyde, notre nouveau Cu-In-oxyde montre ici une performance remarquablement plus élevée que n'importe lequel d'entre eux. Nous espérons que cela contribuera de manière significative à réduire notre empreinte carbone et à conduire l'humanité vers un avenir plus durable", conclut Sekine.