Un nouveau catalyseur pour la conversion du dioxyde de carbone (CO 2 ) en produits chimiques ou en carburants a été développé par des chercheurs de la Ruhr-Universität Bochum et de l'université de Duisburg-Essen. Ils ont optimisé les catalyseurs au cuivre déjà disponibles pour améliorer leur sélectivité et leur stabilité à long terme. Les résultats sont décrits par l'équipe dirigée par le Dr Yanfang Song et le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d'électrochimie de Bochum avec l'équipe dirigée par le professeur Corina Andronescu du groupe Duisburg-Essen Technical Chemistry III dans la revue Angewandte Chemie , publié en ligne le 9 février 2021.

Le bore rend le catalyseur de cuivre stable

Le gaz climatique CO 2 peuvent être convertis en composés de carbone plus gros qui peuvent être utilisés comme produits chimiques de base pour l'industrie ou comme carburants. Les chercheurs poursuivent l'idée de convertir le CO 2 électrochimiquement à l'aide d'énergies renouvelables. Cela ne créerait pas seulement des produits utiles; ils serviraient également de stockage pour les énergies renouvelables. Le cuivre s'est déjà imposé comme un catalyseur prometteur dans des études antérieures, mais il doit être sous la forme d'un ion partiellement chargé positivement — et c'est précisément le problème.

Dans des conditions réactionnelles classiques, le cuivre est rapidement converti de sa forme chargée positivement à l'état neutre, ce qui est défavorable à la formation de produits à plus de deux atomes de carbone et désactive ainsi le catalyseur.

L'équipe de Bochum et Duisburg-Essen a donc modifié un catalyseur au cuivre avec du bore. Les chercheurs ont testé différents rapports cuivre-bore et déterminé la composition optimale pour favoriser la formation de composés à plus de deux atomes de carbone. Ils ont également montré que le catalyseur au bore-cuivre peut fonctionner à des densités de courant qui seraient nécessaires à l'échelle industrielle.

Le zinc empêche les dommages dus à la corrosion

Ils ont mis en œuvre le système sous la forme d'une électrode à diffusion gazeuse dans laquelle un catalyseur solide catalyse la réaction électrochimique entre les phases liquide et gazeuse. Il est important qu'une quantité suffisante de CO 2 se dissout dans la zone limite entre les phases gazeuse et liquide. Les scientifiques ont réussi à le faire en utilisant un liant spécial.

Un autre défi est de maintenir le système stable sur une longue période de temps. Par exemple, la corrosion des électrodes doit être évitée. À cette fin, les chimistes ont intégré une anode dite sacrificielle en zinc dans le système. Le zinc étant un métal moins noble que le cuivre, c'est d'abord corrodé, tandis que le cuivre est épargné.

"La combinaison d'un matériau catalyseur sélectif et actif dans une électrode à diffusion gazeuse et l'ajout de zinc stabilisant est une étape importante vers l'utilisation du CO 2 pour la synthèse de produits chimiques de base, " résume Wolfgang Schuhmann.