Méthane (CH4 ) et le dioxyde de carbone (CO2 ) sont les deux principaux gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique. La technologie de reformage à sec du méthane (DRM) peut utiliser simultanément deux gaz à effet de serre pour produire de l'hydrogène (H2 ) et le monoxyde de carbone (CO), ce qui signifie que la DRM est l'une des stratégies idéales pour réduire l'effet de serre.
Cependant, CH4 et CO2 avoir une stabilité thermodynamique élevée, de sorte que le processus DRM thermique conventionnel nécessite toujours une énergie thermique élevée pour activer CH4 et CO2 . Le développement de la technologie photocatalytique offre davantage de possibilités pour initier des réactions DRM dans des conditions douces.
Cependant, en raison de la recombinaison rapide des porteurs de charge photoexcités, l’efficacité photocatalytique reste encore insatisfaisante. Il a été rapporté que la construction de champs électriques intégrés dans les photocatalyseurs constitue une stratégie fiable pour améliorer la dynamique du transfert de charge. Par conséquent, la conception de photocatalyseurs dotés de champs électriques internes pour contrôler le comportement de transfert de charge devrait permettre de relever le défi ci-dessus.
Récemment, les équipes de recherche dirigées par le professeur Huimin Liu de l'Université de technologie du Liaoning, en Chine, et le Dr Jordi García-Antón de l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) ont publié un article de synthèse présentant les progrès récents du champ électrique intégré. -reformage sec photocatalytique assisté du méthane. Cette revue a été publiée dans le Chinese Journal of Catalysis. .
Cet article présente d'abord le mécanisme de réaction fondamental du DRM et des catalyseurs thermiques traditionnels pour le DRM. Par la suite, les avantages et les matériaux photocatalytiques potentiels pour l'application du DRM photocatalytique (PDRM) ont été résumés, en se concentrant sur trois types de photocatalyseurs avec champs électriques intégrés :
(1) Photocatalyseurs à base de matériaux ferroélectriques, qui génèrent des champs électriques intégrés par polarisation spontanée permanente à partir d'effets ferroélectriques.
(2) Photocatalyseurs avec des structures à hétérojonction, qui déclenchent un champ électrique interne au niveau de l'hétérointerface. En raison de la structure des espaces décalés dans les hétérojonctions de type II, un champ électrique interne se forme à l'interface, entraînant des processus d'oxydation et de réduction séparés sur différentes surfaces semi-conductrices. De plus, l'hétérojonction du schéma Z peut maintenir des porteurs de charge avec un rédox élevé via un champ électrique d'interface pour recombiner des charges avec une faible capacité rédox. Ainsi, l'efficacité du PDRM pourrait être améliorée par différentes structures d'hétérojonction.
(3) Photocatalyseurs avec champs thermoélectriques intégrés générés par résonance plasmonique de surface locale (LSPR). Les nanoparticules métalliques sont des candidats appropriés pour accélérer le transfert de charge et activer les réactifs par résonance, conduisant à des structures électroniques discontinues dans les métaux qui créent des champs électriques locaux entre les nanoparticules métalliques et la lumière visible-proche infrarouge (Vis-NIR).
Plusieurs études ont montré que l'activité et la sélectivité d'un produit spécifique sont augmentées par la photocatalyse assistée par plasmons, ce qui met en évidence le grand potentiel du LSPR pour améliorer l'efficacité photocatalytique (ou photothermique-catalytique). En plus des photocatalyseurs ci-dessus, le développement de la technologie PDRM conduit à davantage d'exigences pour comprendre le mécanisme de réaction ou élucider le rôle de composants spécifiques dans les photocatalyseurs.
Par conséquent, cette revue présente également une technologie avancée de caractérisation in situ et des calculs théoriques, fournissant des connaissances de base aux jeunes chercheurs engagés dans ce domaine dès les premiers stades.
Même si de nombreux efforts ont été déployés dans le domaine du PDRM, certains défis restent encore à surmonter. Enfin, sur la base des résultats de recherche existants, cette revue résume les principaux défis et propose des stratégies réalisables, encourageant des recherches plus approfondies dans ce domaine à l'avenir.
Plus d'informations : Yiming Lei et al, Progrès récents dans le reformage sec photocatalytique du méthane assisté par champ électrique intégré, Chinese Journal of Catalysis (2023). DOI :10.1016/S1872-2067(23)64520-6
Fourni par l'Académie chinoise des sciences
