Alors que la nécessité d'atténuer le changement climatique s'accélère, les scientifiques tentent de trouver de nouvelles façons de réduire les émissions de dioxyde de carbone. Un processus, appelé réduction électrochimique ou électrolyse, utilise de l'électricité et un catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone en produits organiques qui peuvent être utilisés d'autres manières. Contrairement à la conversion entre l'eau et l'hydrogène, le recyclage chimique du dioxyde de carbone peut produire divers produits utilisables car le carbone peut développer de vastes variétés de structures organiques.

Une façon d'obtenir une réduction électrochimique du dioxyde de carbone utilise de très petits morceaux de cuivre. Alors que le cuivre métallique en vrac est connu pour convertir le dioxyde de carbone en diverses molécules organiques, ces petits morceaux de cuivre peuvent encore améliorer l'activité catalytique non seulement par l'augmentation de sa surface mais aussi par la structure électronique unique du cuivre issue du nanodimensionnement.

Dans un article publié dans Chemical Communications le 23 juin, des chercheurs expliquent un procédé pour améliorer la façon dont les nanocubes de cuivre convertissent le dioxyde de carbone, en améliorant leur sélectivité. La sélectivité fait référence à la capacité d'un catalyseur à produire un produit souhaité plutôt que des sous-produits indésirables.

"Les développements récents dans la réduction du dioxyde de carbone à l'aide d'électrocatalyseurs au cuivre peuvent convertir le gaz en hydrocarbures et en alcool, mais la sélectivité des divers électrocatalyseurs liés au cuivre développés jusqu'à présent est encore insaisissable, car ils ont tendance à perdre leur activité par réorganisation structurelle pendant la catalyse", a déclaré Shoko Kume, professeur associé à la Graduate School of Advanced Science and Engineering de l'Université d'Hiroshima au Japon.

Les chercheurs ont découvert que ce problème pouvait être résolu en faisant croître une couche organique au-dessus des nanocubes. Tout d'abord, une paire de monomères a été ajoutée au nanocube d'oxyde de cuivre. Ces monomères ont été attachés par la chimie sur l'oxyde de cuivre et une couche organique uniforme s'est développée à la surface des cubes.

Cette nouvelle couche organique contribue à améliorer la sélectivité de la réduction du dioxyde de carbone, en partie parce que le dioxyde de carbone a une faible solubilité et que la couche organique produite par les chercheurs a des propriétés hydrophobes, ce qui signifie qu'elle repousse l'eau en excès, à partir de laquelle de l'hydrogène indésirable est produit. "L'emballage a amélioré la réduction du dioxyde de carbone du cuivre sous cette couche organique en supprimant le dégagement d'hydrogène et a également maintenu la structure cubique tout au long de l'opération de catalyseur", a déclaré Kume.

Un autre facteur important pour améliorer la qualité de la couche organique était la température au moment de la croissance, les meilleurs résultats étant trouvés à température ambiante. Dans les meilleures conditions, la couche est plane avec une épaisseur de plusieurs molécules. Même la couche mince imprègne facilement le dioxyde de carbone et permet au cuivre enveloppé de subir une électroréduction, protégeant les métaux et aidant les cubes à conserver leur forme.

Actuellement, les nanocubes de cuivre ne sont pas largement adoptés comme méthode de réduction du dioxyde de carbone car ils sont instables et n'ont pas le niveau de sélectivité nécessaire pour recycler efficacement le dioxyde de carbone dans d'autres produits chimiques. Les résultats de cet article mettent en évidence une nouvelle méthode de création d'un électrocatalyseur utilisant des nanocubes de cuivre qui peut résoudre certains de ces problèmes. Les chercheurs soulignent également que la méthode peut être modifiée pour contrôler à la fois la sélectivité et améliorer le fonctionnement des catalyseurs.

"Notre méthode actuelle peut introduire une grande variété de structures organiques dans la couche, qui peuvent être impliquées dans le processus de réduction du dioxyde de carbone pour contrôler sa sélectivité et son efficacité", a déclaré Kume. "Il peut également être utilisé pour contrôler le comportement dynamique des espèces métalliques pendant la catalyse, ce qui peut développer des catalyseurs à longue durée de vie et tolérants aux impuretés." + Explorer plus loin

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