Les chercheurs rapportent que de petites quantités de molécules utiles telles que les hydrocarbures sont produites lorsque le dioxyde de carbone et l'eau réagissent en présence de lumière et d'un catalyseur à nanoparticules d'argent. Leur étude de validation, rendue possible grâce à l'utilisation d'une technique analytique à haute résolution, pourrait ouvrir la voie au CO 2 -des technologies de réduction qui permettent la production à l'échelle industrielle de carburants renouvelables à base de carbone.

L'étude, dirigé par le professeur de chimie Urbana-Champaign de l'Université de l'Illinois, Prashant Jain, sonde l'activité chimique à la surface de catalyseurs à nanoparticules d'argent sous la lumière visible et utilise des isotopes de carbone pour suivre l'origine et la production de ces réactions chimiques auparavant non détectées. Les résultats sont publiés dans la revue Communications naturelles.

Conversion du CO due à la lumière du soleil 2 et l'eau en composés multicarbonés à forte densité énergétique est une technologie viable pour la production d'énergie renouvelable et la fabrication de produits chimiques. À cause de ce, les chercheurs sont à la recherche de catalyseurs synthétiques qui facilitent le CO à grande échelle 2 réduction en molécules multicarbonées, les rapports d'étude.

« Les réactions chimiques catalytiques au niveau industriel sont généralement testées et optimisées sur la base du profil de masse des produits finaux, " dit Jain. " Mais il y a des espèces chimiques formées aux étapes intermédiaires de telles réactions, à la surface des catalyseurs, qui pourraient être trop rares pour être détectés et mesurés à l'aide de méthodes conventionnelles, mais sont des signifiants fondamentaux du fonctionnement d'un catalyseur. »

Dans le laboratoire, L'équipe de Jain a utilisé un spectroscope Raman spécialement équipé pour détecter et identifier des molécules uniques formées à la surface de nanoparticules d'argent individuelles. En isolant une seule nanoparticule sur laquelle progressent les réactions chimiques, les chercheurs peuvent utiliser un laser hautement focalisé pour exciter les molécules se formant à la surface du catalyseur afin de créer un signal spectral qui identifie les molécules formées de manière discrète, étapes élémentaires du processus chimique global.

"J'aime penser ce travail en termes d'histoire, " Jain a dit. " Il y a un thème général à une histoire, qui est la réduction de CO 2 . Les personnages principaux sont CO 2 , H 2 , nanoparticules d'argent, le monoxyde de carbone et les ions hydrogène, par exemple. Mais il y a aussi des personnages plus mineurs mais très intéressants comme le butanol, l'acétate et l'acide oxalique qui aident à raconter l'histoire des personnages principaux. Et parfois, les personnages secondaires sont beaucoup plus intéressants que les personnages principaux."

Parfois, des personnages mineurs peuvent venir avec des joueurs involontaires, dit Jain. Pour s'assurer que les molécules intermédiaires à base de carbone détectées par les chercheurs sont le résultat du CO 2 processus de réduction et non contamination, ils ont utilisé du CO 2 ne contenant que l'isotope carbone-13, qui ne représente que 1,1% du carbone sur Terre.

"L'utilisation du carbone-13 pour tracer les voies de réaction nous a permis de confirmer que tous les hydrocarbures mesurés étaient là à cause du CO 2 nous avons intentionnellement ajouté dans le réacteur, et non introduits accidentellement par contamination des nanoparticules d'argent ou ultérieurement au cours du processus d'analyse, " dit Jain. " Le carbone-13 est rare, donc si nous devions le détecter dans nos produits de réaction, nous saurions que c'était le résultat de la conversion du CO par la lumière 2 et la formation de liaisons C-C."

L'échelle de formation de molécules multicarbonées en utilisant des catalyseurs à nanoparticules d'argent reste très petite à ce stade de la recherche, dit Jain. Cependant, les chercheurs peuvent se concentrer sur le développement de catalyseurs synthétiques améliorés et l'extension de la production industrielle, maintenant que la promesse des nanoparticules de récolte de lumière a été révélée.