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Un pas vers le dioxyde de carbone (CO2 ) la neutralité et l'atténuation à la fois de l'effet de serre et de la crise énergétique consisteraient à convertir le CO2 en carburants à base d'hydrocarbures comme le méthane en utilisant la lumière. Dans la revue Angewandte Chemie International Edition , une équipe de recherche chinoise a introduit un photocatalyseur très efficace à base d'atomes d'or pour rendre cette transformation possible.
La conversion photocatalytique du CO2 se produit à travers une série de processus dans lesquels les électrons sont transférés. Cela peut entraîner divers produits, dont le monoxyde de carbone (CO), le méthanol (CH3 OH), méthane (CH4 ), et d'autres hydrocarbures. Huit électrons doivent être transférés sur le chemin du CO2 à CH4 — plus que pour les autres C1 des produits. Le méthane est le produit final thermodynamiquement favorable, mais la réaction concurrente pour former du CO ne nécessite que deux électrons et est beaucoup plus rapide, elle est donc cinétiquement favorisée. Une méthanisation efficace et sélective est donc particulièrement difficile.
Une équipe dirigée par Hefeng Cheng (Université du Shandong, Jinan, Chine) et ses collègues a maintenant développé une approche pratique pour convertir efficacement le CO2 à CH4 utilisant l'énergie solaire. La clé de leur succès est un nouveau catalyseur avec des atomes d'or uniques. Étant donné que les atomes d'or s'agrègent dans les méthodes de préparation conventionnelles, l'équipe a développé une nouvelle stratégie qui utilise un échange complexe pour produire le catalyseur.
En raison de leurs structures électroniques uniques, les catalyseurs à un seul atome se comportent différemment des nanoparticules métalliques conventionnelles. De plus, lorsqu'ils sont fixés à un support approprié, presque tous les atomes simples sont disponibles en tant que centres catalytiques actifs. Dans ce nouveau catalyseur, des atomes d'or simples sont ancrés à une nanocouche ultrafine de sulfure de zinc-indium et sont chacun coordonnés à seulement deux atomes de soufre. Sous la lumière du soleil, le catalyseur s'est avéré très actif avec un CH4 sélectivité de 77 %.
Un photosensibilisateur (un complexe de ruthénium) absorbe la lumière, devient excité et accepte un électron rendu disponible par un donneur d'électrons (triéthanolamine). Il transmet ensuite l'électron au catalyseur. Les atomes d'or uniques à la surface du support agissent comme des "pompes à électrons". Ils capturent les électrons beaucoup plus efficacement que les nanoparticules d'or et les transfèrent au CO2 molécules et intermédiaires.
Une caractérisation et des calculs détaillés révèlent que le catalyseur active le CO2 molecules to a much greater degree than gold nanoparticles, more strongly adsorbs the excited *CO intermediates, lowers the energy barrier for binding hydrogen ions, and stabilizes the *CH3 intermédiaire. This allows CH4 to be the favored product and minimizes the release of CO. + Explorer plus loin
