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  • La nanotechnologie ouvre la voie à des pâturages plus verts

    L'utilisation du rayonnement ultraviolet (hν) pour produire des électrons énergétiques (e-) permet à un catalyseur cuivre-palladium (sphères vertes et bleues) de générer de l'hydrogène (H0) sans utiliser de combustibles fossiles. Ce matériau peut alors transformer les ions nitrate (NO3-) en ammoniac (NH3). Reproduit, avec la permission, de Réf. 1 © 2011 Société chimique américaine

    Nourrir les cultures avec de l'ammoniac synthétique (NH 3 ) les engrais ont de plus en plus poussé les rendements agricoles à la hausse, mais une telle productivité a un prix. Une application excessive de ce produit chimique peut accumuler des ions nitrate (NO 3 –) les concentrations dans le sol - un poison potentiel des eaux souterraines et une source de nourriture pour les proliférations d'algues nuisibles. Par ailleurs, la fabrication industrielle de l'ammoniac est un processus énergivore qui contribue de manière significative aux gaz à effet de serre atmosphériques.

    Une équipe de recherche dirigée par Miho Yamauchi et Masaki Takata du centre RIKEN SPring-8 à Harima a maintenant découvert un moyen presque idéal de détoxifier les effets des engrais à base d'ammoniac. En synthétisant des nanocatalyseurs bimétalliques photoactifs qui génèrent de l'hydrogène gazeux à partir de l'eau en utilisant l'énergie solaire, l'équipe peut convertir catalytiquement le NO 3 – de nouveau dans le NH3 par une voie efficace exempte d'émissions de dioxyde de carbone.

    Remplacement des atomes d'oxygène du NO 3 – avec l’hydrogène c’est une astuce chimique difficile, mais les chimistes peuvent réaliser cet exploit en utilisant des nanoparticules d'alliages cuivre-palladium (CuPd) pour immobiliser les nitrates à leurs surfaces et en catalysant une réaction de réduction avec des atomes d'hydrogène dissous. Cependant, la distribution atomique à la surface du «nanoalliage» affecte le résultat de cette procédure :les régions avec de grands domaines d'atomes de Pd ont tendance à créer de l'azote gazeux, tandis que les alliages bien mélangés produisent préférentiellement de l'ammoniac.

    Selon Yamauchi, le défi de la synthèse d'alliages CuPd mélangés de manière homogène est de trouver le bon timing :les deux ions métalliques se transforment en états atomiques à des vitesses différentes, provoquant une séparation de phases. Yamauchi et son équipe ont utilisé les puissants rayons X du synchrotron du SPring-8 Center pour caractériser la structure atomique de la CuPd synthétisée avec des réactifs agressifs ou doux. Leurs expériences ont révélé qu'un réactif réducteur relativement puissant appelé borohydrure de sodium donnait des alliages avec un mélange presque parfait jusqu'à des dimensions nanométriques.

    La plupart des synthèses d'ammoniac utilisent de l'hydrogène gazeux produit à partir de combustibles fossiles, mais l'utilisation de l'énergie solaire par les chercheurs évite cela. Ils ont découvert que le dépôt du nanoalliage sur du dioxyde de titane photosensible (TiO 2 ) a donné un matériau capable de convertir le rayonnement ultraviolet en électrons énergétiques ; à son tour, ces électrons ont stimulé la génération d'hydrogène gazeux à partir d'une simple solution eau/méthanol. Quand ils ont ajouté des ions nitrate à ce mélange, le CuPd/TiO 2 Le catalyseur a converti près de 80 % en ammoniac, une sélectivité chimique remarquable que les chercheurs attribuent aux fortes concentrations d'hydrogène réactif produites par photocatalyse près de la surface du CuPd.

    Yamauchi est convaincu que cette approche peut aider à réduire l'impact écologique de nombreuses réactions d'hydrogénation chimique classiques. « Compte tenu des problèmes environnementaux auxquels nous sommes confrontés, il faut passer de la synthèse chimique à l'hydrogène fossile à d'autres procédés propres, " dit-elle.


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