Photoréduction du CO₂ en carburant transportable comme l'acide formique (HCOOH) est un excellent moyen de traiter le CO₂ niveaux croissants dans l'atmosphère. Pour faciliter cette mission, une équipe de recherche de Tokyo Tech a choisi un minéral à base de fer facilement disponible et l'a chargé sur un support d'alumine pour développer un catalyseur capable de convertir efficacement le CO₂ en HCOOH avec une sélectivité d'environ 90 %.

L'augmentation du CO₂ niveaux dans notre atmosphère et leur contribution au réchauffement climatique sont maintenant des nouvelles courantes. Alors que les chercheurs expérimentent différentes façons de lutter contre ce problème, une solution efficace a émergé :convertir l'excès de CO atmosphérique₂ en produits chimiques riches en énergie.

Production de carburants comme l'acide formique (HCOOH) par photoréduction du CO₂ sous la lumière du soleil a attiré beaucoup d'attention récemment en raison du double avantage qui peut être tiré de ce processus :il peut réduire l'excès de CO₂ émissions, et contribuer également à minimiser la pénurie d'énergie à laquelle nous sommes actuellement confrontés. Étant un excellent vecteur d'hydrogène à haute densité d'énergie, HCOOH peut fournir de l'énergie par combustion tout en ne libérant que de l'eau comme sous-produit.

Pour transformer cette solution lucrative en réalité, les scientifiques ont développé des systèmes photocatalytiques capables de réduire le CO₂ à l'aide de la lumière du soleil. Un tel système se compose d'un substrat absorbant la lumière (c'est-à-dire un photosensibilisateur) et d'un catalyseur qui peut permettre les transferts multi-électrons nécessaires pour réduire le CO₂ dans HCOOH. Et c'est ainsi qu'a commencé la recherche d'un catalyseur adapté et efficace.

Les catalyseurs solides ont été considérés comme les meilleurs candidats pour cette tâche, en raison de leur efficacité et de leur recyclabilité potentielle, et au fil des ans, les capacités catalytiques de nombreux cadres métallo-organiques (MOF) à base de cobalt, de manganèse, de nickel et de fer ont été explorées, avec ce dernier ayant certains avantages par rapport aux autres métaux. Cependant, la plupart des catalyseurs à base de fer signalés jusqu'à présent ne produisent que du monoxyde de carbone comme produit principal, au lieu de HCOOH.

Ce problème a néanmoins été rapidement résolu par une équipe de chercheurs du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) dirigée par le professeur Kazuhiko Maeda. Dans une étude récente publiée dans Angewandte Chemie , l'équipe a présenté une alumine (Al₂ O₃ )-catalyseur à base de fer supporté qui utilise de l'oxyhydroxyde de fer(III) alpha (α-FeOOH; géothite). Le nouveau α-FeOOH/Al₂ O₃ le catalyseur a montré un CO₂ supérieur aux propriétés de conversion HCOOH ainsi qu'une excellente recyclabilité. Interrogé sur leur choix de catalyseur, le professeur Maeda déclare :"Nous voulions explorer des éléments plus abondants en tant que catalyseurs dans un CO₂ système de photoréduction. Nous avons besoin d'un catalyseur solide qui soit actif, recyclable, non toxique et peu coûteux, c'est pourquoi nous avons choisi un minéral du sol répandu comme la goethite pour nos expériences."

L'équipe a adopté une méthode d'imprégnation simple pour synthétiser son catalyseur. Ils ont ensuite utilisé l'Al₂ chargée de fer O₃ matériau pour la réduction photocatalytique du CO₂ à température ambiante en présence d'un photosensibilisateur à base de ruthénium (Ru), d'un donneur d'électrons et de lumière visible de longueur d'onde supérieure à 400 nanomètres.

Les résultats étaient assez encourageants; leur système a montré une sélectivité de 80 à 90 % vis-à-vis du produit principal, HCOOH, et un rendement quantique de 4,3 % (ce qui indique l'efficacité du système).

Cette étude présente un catalyseur solide à base de fer, le premier du genre, qui peut générer du HCOOH lorsqu'il est accompagné d'un photosensibilisateur efficace. Il explore également l'importance d'un matériel de support approprié (Al₂ O₃ ) et son effet sur la réaction de réduction photochimique.

Les enseignements tirés de cette recherche pourraient contribuer au développement de nouveaux catalyseurs, sans métaux précieux, pour la photoréduction du CO₂ dans d'autres produits chimiques utiles. "Notre étude montre que la voie vers une économie énergétique plus verte n'a pas besoin d'être compliquée. De grands résultats peuvent être obtenus même en adoptant de simples méthodes de préparation de catalyseurs et des composés bien connus et abondants dans la terre peuvent être utilisés comme catalyseurs sélectifs pour le CO₂ réduction, s'ils sont soutenus par des composés comme l'alumine », conclut le professeur Maeda. + Explorer davantage

Réduction du dioxyde de carbone à l'aide d'un photosensibilisateur au complexe d'osmium panchromatique