Des groupes de recherche du monde entier développent des technologies pour convertir le dioxyde de carbone (CO2 ) en matières premières pour applications industrielles. La plupart des expériences dans des conditions industrielles pertinentes ont été réalisées avec des électrocatalyseurs hétérogènes, c'est-à-dire des catalyseurs qui se trouvent dans une phase chimique différente de celle des substances en réaction. Cependant, les catalyseurs homogènes, qui sont dans la même phase que les réactifs, sont généralement considérés comme plus efficaces et plus sélectifs. À ce jour, il n'existe aucune installation permettant de tester des catalyseurs homogènes dans des conditions industrielles.
Une équipe dirigée par Kevinjeorjios Pellumbi et le professeur Ulf-Peter Apfel de l'Université de la Ruhr à Bochum et de l'Institut Fraunhofer pour la technologie de l'environnement, de la sécurité et de l'énergie UMSICHT à Oberhausen a désormais comblé cette lacune. Les chercheurs ont présenté leurs découvertes dans la revue Cell Reports Physical Science. . L'article a été publié le 13 décembre 2023.
"Notre travail vise à repousser les limites de la technologie afin d'établir une solution efficace pour le CO2 conversion qui transformera le gaz nocif pour le climat en une ressource utile", déclare Ulf-Peter Apfel. Son groupe a collaboré avec l'équipe dirigée par le professeur Wolfgang Schöfberger de l'université Johannes Kepler de Linz et des chercheurs de l'institut Fritz Haber de Berlin.
L'équipe a exploré la conversion du CO2 par électrocatalyse. Au cours du processus, une source de tension fournit de l'énergie électrique, qui est transmise au système de réaction via des électrodes et entraîne les conversions chimiques au niveau des électrodes. Un catalyseur facilite la réaction; en électrocatalyse homogène, le catalyseur est généralement un complexe métallique dissous. Dans une électrode dite à diffusion gazeuse, le matériau de départ CO2 s'écoule devant l'électrode, où les catalyseurs le convertissent en monoxyde de carbone. Ce dernier, à son tour, est une matière première courante dans l'industrie chimique.
Les chercheurs ont intégré les catalyseurs complexes métalliques à la surface de l’électrode sans les lier chimiquement. Ils ont montré que leur système pouvait convertir efficacement le CO2 :Il a généré des densités de courant de plus de 300 milliampères par centimètre carré. De plus, le système est resté stable pendant plus de 100 heures sans montrer aucun signe de dégradation.
Pas besoin d'ancrer le catalyseur
Tout cela signifie que des catalyseurs homogènes peuvent généralement être utilisés pour les cellules d'électrolyse. "Ils nécessitent toutefois une composition d'électrode spécifique", explique Ulf-Peter Apfel. Plus précisément, les électrodes doivent permettre une conversion directe des gaz sans solvants afin que le catalyseur ne soit pas lessivé de la surface de l'électrode. Contrairement à ce qui est souvent décrit dans la littérature spécialisée, il n'est pas nécessaire de recourir à un matériau de support qui couple chimiquement le catalyseur à la surface de l'électrode.
"Nos résultats ouvrent la possibilité de tester et d'intégrer des électrocatalyseurs homogènes hautes performances et facilement variables dans des scénarios d'application pour les processus électrochimiques", conclut Apfel.
Plus d'informations : Kevinjeorjios Pellumbi et al, Pousser la charge en Ag des électrolyseurs de CO2 au minimum via des environnements moléculairement adaptés, Cell Reports Physical Science (2023). DOI :10.1016/j.xcrp.2023.101746
Informations sur le journal : Rapports cellulaires sur la science physique
Fourni par Ruhr-Universitaet-Bochum
