Le grand public connaît le composé chimique du dioxyde de carbone en tant que gaz à effet de serre dans l'atmosphère et en raison de son effet de réchauffement climatique. Cependant, le dioxyde de carbone peut également être une matière première utile pour les réactions chimiques. Un groupe de travail du Karlsruhe Institute of Technology (KIT) a maintenant rendu compte de cette application inhabituelle dans le ChemSusChem journal. Ils utilisent le dioxyde de carbone comme matière première pour produire du graphène, un matériau technologique qui fait actuellement l'objet d'études intenses.

La combustion de combustibles fossiles tels que le charbon et le pétrole produit de l'énergie pour l'électricité, chaleur et mobilité, mais elle conduit aussi à une augmentation de la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et donc au réchauffement climatique. Couper cette chaîne causale est ce qui motive les scientifiques à rechercher des sources d'énergie alternatives mais aussi des utilisations alternatives du dioxyde de carbone. Une possibilité pourrait être de considérer le dioxyde de carbone comme une matière première peu coûteuse pour la synthèse de matériaux précieux, le réinjecter dans le cycle de réutilisabilité, peut-être même de manière rentable.

Un exemple peut être trouvé dans la nature. Lors de la photosynthèse dans les feuilles des plantes, la combinaison de la lumière, l'eau et le dioxyde de carbone créent de la biomasse, fermeture du cycle naturel de la matière. Dans ce processus, c'est le travail de l'enzyme à base de métal RuBisCo d'absorber le dioxyde de carbone de l'air et de le rendre utilisable pour d'autres réactions chimiques dans la plante. Inspiré par cette conversion naturelle à base d'enzymes métalliques, les chercheurs du KIT présentent maintenant un processus dans lequel le dioxyde de carbone du gaz à effet de serre ainsi que l'hydrogène gazeux sont convertis directement en graphène à des températures allant jusqu'à 1000 degrés Celsius à l'aide de produits spécialement préparés, surfaces métalliques catalytiquement actives.

Le graphène est la forme bidimensionnelle de l'élément chimique carbone, qui a des propriétés électriques intéressantes et est donc une option pour de nouveaux futurs composants électroniques. Sa découverte et sa maniabilité en 2004 ont conduit dans le monde entier, des recherches intensives et a valu aux découvreurs, André Geim et Konstanin Novoselov, le prix Nobel de physique en 2010. Les deux ont retiré manuellement le graphène d'un bloc de graphite à l'aide de ruban adhésif.

Plusieurs groupes de travail du KIT ont collaboré pour présenter une méthode dans le journal ChemSusChem pour séparer le graphène du dioxyde de carbone et de l'hydrogène au moyen d'un catalyseur métallique. "Si la surface métallique présente le bon rapport de cuivre et de palladium, la conversion du dioxyde de carbone en graphène aura lieu directement dans un processus simple en une étape, " explique le responsable de l'étude, Professeur Mario Ruben, du groupe de travail Molekulare Materialien de l'Institut de nanotechnologie (INT) et de l'Institut de chimie inorganique (AOC) du KIT. Dans d'autres expériences, les chercheurs ont même pu produire du graphène de plusieurs couches d'épaisseur, ce qui pourrait être intéressant pour d'éventuelles applications dans les batteries, composants électroniques ou matériaux filtrants. Le prochain objectif de recherche du groupe de travail est de former des composants électroniques fonctionnels à partir du graphène ainsi obtenu. Les matériaux carbonés tels que le graphène et les molécules magnétiques pourraient être les éléments constitutifs des futurs ordinateurs quantiques, qui permettent des calculs ultra-rapides et économes en énergie mais ne sont pas basés sur la logique binaire des ordinateurs d'aujourd'hui.