Grâce aux efforts conjoints dirigés par les professeurs Dae-hyun Nam et Youn-gu Lee du Département des sciences et de l'ingénierie énergétiques de la DGIST et le professeur Seo-in Back du Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université de Sogang, l'équipe de recherche a mis au point une technologie améliorer considérablement la production d'éthylène en incorporant de la vitamine C dans un catalyseur de réduction du dioxyde de carbone d'un système hétérogène.

Ceci est basé sur l'observation selon laquelle la présence de dioxyde de carbone dans l'air a un impact sur les niveaux de vitamine C dans les fruits.

La réduction électrochimique du dioxyde de carbone est de plus en plus reconnue comme une technologie fondamentale pour une « énergie respectueuse de l'environnement ». Ce processus vise à diminuer la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère tout en générant des sources d’énergie futures plus propres. Cependant, les catalyseurs électrochimiques existants sont confrontés à des défis pour obtenir des performances catalytiques constantes dans des conditions de densité de courant élevée.

Cette limitation entrave la formation du produit intermédiaire essentiel, le monoxyde de carbone, qui joue un rôle essentiel dans la conversion de l'éthylène. Au lieu de cela, ces catalyseurs ont tendance à induire la réaction de génération d'hydrogène plutôt que la réaction de réduction du dioxyde de carbone.

Par conséquent, pour une réduction transparente du dioxyde de carbone, il est important d'obtenir une formation stable du produit intermédiaire de monoxyde de carbone à une densité de courant élevée grâce à un catalyseur électrochimique et de favoriser la dimérisation lorsque deux produits intermédiaires de monoxyde de carbone sont combinés.

Ainsi, l'équipe de recherche dirigée par le professeur Nam à la DGIST a imaginé une méthode pour intégrer la réaction d'oxydo-réduction de la vitamine C dans la réduction électrochimique du dioxyde de carbone basée sur le phénomène où la teneur en vitamine C des fruits diminue dans un environnement à forte concentration. de dioxyde de carbone.

L'équipe de recherche a synthétisé la vitamine C avec des points quantiques de graphène et a fabriqué un « nanofil de cuivre stimulant la vitamine C » en combinant le matériau synthétisé avec du cuivre. Cette approche a permis de stabiliser la vitamine C grâce aux effets de nano-confinement des points quantiques de graphène et a permis la réversibilité de l'oxydo-réduction.

De plus, la réaction d’oxydoréduction de la vitamine C a constamment fourni des électrons et des protons au dioxyde de carbone, favorisant le processus de dimérisation et créant le produit intermédiaire de monoxyde de carbone. Par conséquent, le catalyseur nouvellement développé a présenté une production d'éthylène 2,9 fois supérieure à celle des catalyseurs à nanofils de cuivre conventionnels.

En outre, l’équipe de recherche a identifié que la vitamine C confinée dans le graphène optimise l’intégration du produit intermédiaire de monoxyde de carbone et du catalyseur de cuivre grâce à une analyse spectroscopique Raman en temps réel et à une simulation informatique. L'équipe de recherche a également identifié le principe de fonctionnement du catalyseur en vérifiant que des électrons et des protons peuvent être délivrés, ce qui facilite la réaction de réduction du dioxyde de carbone basée sur une forte liaison hydrogène.

Le professeur Nam de la DGIST a déclaré :« Cette recherche a créé un catalyseur électrochimique capable de produire de l'éthylène à grande échelle grâce à la réduction du dioxyde de carbone et a révélé un nouveau mécanisme de réaction. Cette technologie devrait jouer un rôle clé dans l'atteinte de la neutralité carbone en transformant le dioxyde de carbone. -un contributeur majeur au réchauffement climatique- en un composé de grande valeur."

Les travaux sont publiés dans la revue Nature Communications .