Pour lutter efficacement contre le changement climatique et répondre aux besoins énergétiques mondiaux croissants, les humains doivent changer radicalement leurs méthodes de production d'énergie. De nouveaux catalyseurs pour une conversion neutre en carbone de l'énergie pourraient être d'une grande aide pour relever ces défis, faciliter la transition vers l'utilisation de sources d'énergie renouvelables.

Approches électrolytiques, qui convertissent l'énergie électrique en énergie potentielle chimique, sont particulièrement prometteurs pour le développement de catalyseurs pour réduire le CO 2 . Ces approches reposent généralement sur l'utilisation de substances aqueuses bon marché, facilement disponible et sans danger pour l'environnement. En outre, ils fonctionnent généralement à des températures et pressions ambiantes.

Certains des électrocatalyseurs les plus couramment utilisés pour activer le CO 2 les réactions de réduction sont des métaux précieux, des métaux de base, oxydes métalliques, dichalcogénures métalliques et catalyseurs moléculaires. Ces catalyseurs, ainsi que d'autres testés dans des études précédentes, viennent souvent avec des limitations cruciales qui empêchent leur mise en œuvre à grande échelle. Par exemple, ils peuvent être très chers, tout en présentant également de faibles rendements énergétiques et des stabilités électrochimiques insatisfaisantes.

Des chercheurs de l'Université de Stanford ont récemment mis au point une nouvelle stratégie de conception qui pourrait aider à surmonter certaines de ces limitations, permettant la fabrication d'interfaces catalytiques sélectives et pourtant robustes pour des électrocatalyseurs hétérogènes qui pourraient réduire le CO 2 à C 2 oxygène. Leur approche pour la conception de ces électrocatalyseurs a été présentée et décrite dans un article publié par Énergie naturelle .

"Nous rapportons un principe de conception pour la création d'une interface catalytique sélective mais robuste pour les électrocatalyseurs hétérogènes dans la réduction du CO 2 à C 2 oxygène, démontré par le réglage rationnel d'un assemblage de nanodiamants dopés à l'azote (N-ND) et de nanoparticules de cuivre, ", ont écrit les chercheurs dans leur article.

Dans leur étude, l'équipe de Stanford a essentiellement montré comment une interface catalytique peut être assemblée en incorporant des nanoparticules de Cu dans du N-ND, créant le matériau N-ND/Cu. La synergie de ces deux composants fusionnés (c'est-à-dire, Cu et N-ND) s'est avéré permettre des améliorations significatives dans le processus des catalyseurs de CO 2 à C 2 transformation oxygénée.

"Le catalyseur présente une efficacité faraidique de -63 pour cent vers C 2 oxygène à des potentiels appliqués de seulement -0,5 V par rapport à une électrode à hydrogène réversible, " les chercheurs ont écrit dans leur article. " De plus, ce catalyseur montre une performance catalytique persistante sans précédent jusqu'à 120h, avec un courant constant et seulement 19 % de décroissance de l'activité."

Le catalyseur développé en utilisant le principe de conception proposé par ces chercheurs basés à Stanford s'est avéré surpasser les systèmes électrocatalytiques existants dans plusieurs domaines, atteindre une activité et une sélectivité remarquablement élevées. En outre, la nouvelle stratégie de conception permet un degré de contrôle inégalé sur l'interface catalytique, et par conséquent aussi sur l'énergétique et la cinétique de la réaction.

À l'avenir, l'approche pourrait guider le développement d'une variété de nouvelles interfaces électrocatalytiques, ouvrant la voie à des techniques de stockage d'énergie plus efficaces et plus respectueuses de l'environnement. En outre, la même stratégie de conception doit être facilement applicable à la fabrication de nombreuses transformations catalytiques, en particulier ceux basés sur l'utilisation de sources d'énergie renouvelables et de substances aqueuses facilement disponibles.

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