La production durable de carburants et de produits chimiques est sur le point de devenir une réalité pratique après que les chercheurs de KAUST ont analysé un catalyseur de transfert d'hydrure électrochimique sans métal précieux et découvert que le molybdène jouait le rôle central.

Le platine a longtemps été le catalyseur préféré pour le transfert électrochimique d'hydrure, un processus chimique polyvalent pour produire des produits chimiques précieux ou des carburants sans carbone. Si ce processus électrochimique était alimenté par de l'électricité renouvelable, il pourrait permettre une société plus durable. Le platine, cependant, est un métal précieux rare et coûteux, ce qui limite considérablement l'adoption de cette technologie.

Un métal beaucoup plus abondant et moins coûteux, le molybdène, pourrait potentiellement prendre la place du platine dans le processus, ont montré Magnus Rueping et son équipe.

Plusieurs catalyseurs à base de molybdène, y compris le sulfure de molybdène, se sont déjà révélés prometteurs pour l'électrocatalyse par transfert d'hydrure, mais la raison de leur activité élevée n'était pas claire et le rôle du molybdène, en particulier, restait un mystère. "Nous voulions déterminer comment fonctionnait ce catalyseur", explique Jeremy Bau, chercheur au laboratoire de Rueping.

L'équipe a appliqué une technique appelée spectroscopie par résonance paramagnétique électronique (EPR) dans le but d'étudier l'électrocatalyseur de sulfure de molybdène en action en temps réel. "De manière inattendue, nous avons pu capturer l'intégralité du processus au fur et à mesure qu'il se déroulait", déclare Bau. "Nous avons pu piéger l'état actif du catalyseur :les ions Mo3+ directement liés à l'hydrogène."

La découverte que les ions molybdène participent directement au transfert d'hydrure pourrait conduire à des catalyseurs améliorés. "Si nous pouvons démontrer une théorie cohérente sur la façon dont le molybdène est responsable de l'activité de transfert d'hydrure, nous pouvons nous concentrer sur l'amélioration du molybdène afin qu'il puisse être compétitif avec le platine et également sur le développement de nouveaux catalyseurs au molybdène comme substituts moins chers du platine", a déclaré Bau.

Une application du catalyseur pourrait être de séparer électrochimiquement les molécules d'eau pour produire de l'hydrogène gazeux afin de transformer l'électricité renouvelable en un carburant stockable et transportable. Cependant, l'équipe a également montré que le catalyseur avait un grand potentiel pour renforcer les biocatalyseurs enzymatiques pour la production de produits chimiques verts.

Dans les cellules, les enzymes travaillent souvent avec la molécule porteuse d'énergie de la nature, le NADH, pour catalyser les réactions. Cependant, le NADH est d'un coût prohibitif pour la biocatalyse industrielle. L'hydrure de molybdène généré électrochimiquement s'est avéré très efficace pour régénérer le NADH in situ dans le flacon de réaction biochimique.

"Nous avons été surpris par l'efficacité du processus", déclare Rueping. "Les sous-produits sont évités et du NADH pur est produit. Notre découverte soulève la possibilité que l'objectif de longue date de fabriquer des produits chimiques à l'aide d'enzymes puisse être activé par l'électrochimie." + Explorer plus loin

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