Des chercheurs de la Texas A&M University et d'ExxonMobil développent une méthode pour retraiter le coke de pétrole, un sous-produit du raffinage du pétrole brut, en une alternative durable et de grande valeur. À l'aide d'un processus chimique appelé exfoliation électrochimique, ils ont converti le coke de pétrole en graphène, un nanomatériau ayant des applications dans l'électronique, la médecine et le stockage de l'énergie.

Cette étude a été publiée dans npj 2D Materials and Applications .

Le pétrole brut est un mélange de nombreux hydrocarbures différents, avec des portions légères allant au gaz naturel tandis que les portions les plus lourdes forment des matériaux visqueux ou même solides. L'un des nombreux produits issus du raffinage du pétrole brut est le coke de pétrole solide.

Bien qu'il existe de nombreuses façons d'utiliser le coke de pétrole, comme les électrodes pour la production d'acier et d'aluminium, ce processus libère des émissions de carbone nocives. Pour cette raison, l'industrie recherche des matériaux à faible émission et de grande valeur qui peuvent être dérivés du pétrole brut.

Une solution possible consiste à réutiliser le coke de pétrole riche en carbone pour générer du graphène, un matériau polyvalent en forme de feuille composé d'une seule couche d'atomes de carbone. Classiquement, le graphène est exfolié du graphite. Les chercheurs ont cherché à savoir si des processus chimiques faciliteraient la production de graphène à partir de matériaux dérivés de combustibles fossiles.

"Nous savons que le coke de pétrole contient des matériaux de type graphène", a déclaré le Dr Micah Green, professeur au département de génie chimique Artie McFerrin à Texas A&M. "Notre défi était d'isoler le graphène du matériau de départ."

Pour accomplir cette tâche, les chercheurs se sont tournés vers l'électrochimie. Ils ont placé du coke dans une solution d'électrolyte avec une électrode de travail et une contre-électrode. Lorsqu'ils ont appliqué une tension à l'électrode de travail, les espèces ioniques ou les ions négatifs de l'électrolyte ont migré entre les feuilles de graphène dans un processus appelé intercalation.

"Considérez le coke comme un livre et le graphène comme chaque feuille de papier", a déclaré Green. "Lorsque le livre est posé à plat sur son dos, les pages se déploient et ont plus d'espaces entre elles. Le processus d'exfoliation électrochimique est similaire."

Lorsque le coke est expansé, le graphène se sépare. Des ions négatifs sont créés et se déplacent dans les espaces entre les feuilles de graphène, complétant le sous-produit de coke et la séparation du graphène.

De nombreuses applications de graphène nécessitent une conductivité élevée, mais on ne savait pas si le graphène du coke de pétrole pouvait atteindre de telles performances. Le graphène créé à partir du coke avait une conductivité de 50 siemens par mètre par rapport à une batterie lithium-ion typique, dont la conductivité électrique est d'environ 150-160 siemens par mètre. Avec un traitement thermique appelé recuit, les chercheurs ont pu augmenter encore la conductivité, la rendant comparable aux électrodes des batteries lithium-ion.

Avec ces découvertes, les applications du graphène en développement depuis des années pourraient se concrétiser.

"L'avenir de la mise à l'échelle des nanomatériaux est directement lié aux flux existants dans l'industrie pétrochimique, et je prévois de nombreux autres cas où des produits chimiques dérivés du pétrole sont convertis en matériaux carbonés de grande valeur comme le graphène", a déclaré Green. + Explorer plus loin

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