Un nouveau catalyseur hybride pourrait aider à la décarbonisation et rendre la production d’éthylène plus durable


Un nouveau catalyseur hybride convertit le dioxyde de carbone en éthylène dans un pot. Le catalyseur a été développé par des scientifiques du Ames National Laboratory, de l’Iowa State University, de l’Université de Virginie et de l’Université de Columbia. Ce catalyseur soutient l’initiative mondiale zéro carbone en utilisant du dioxyde de carbone (CO2) comme matière première pour une production efficace d’éthylène alimentée par l’électricité.

L’éthylène est un produit chimique de base utilisé pour fabriquer une large gamme de produits allant des plastiques à l’antigel. La production à grande échelle d’éthylène est énergivore et dépend fortement des ressources fossiles. Production électrocatalytique d’éthylène à partir de CO2 apparaît comme une méthode prometteuse. Ce nouveau catalyseur se compose uniquement de matériaux riches en terre, tels que le nickel et le cuivre, et nécessite moins d’énergie pour la réaction chimique.

Long Qi, scientifique au Ames Lab, a expliqué le fonctionnement du catalyseur. Le nickel dispersé atomiquement ancré sur le carbone d’assemblage d’azote (NAC) agit pour catalyser le CO2 au CO à basse tension et à fort courant. Le catalyseur est efficace sur une large gamme de tensions et son efficacité à des courants plus élevés signifie un taux de production de CO plus élevé.

« Étant donné que ce catalyseur reste actif sur une très large plage de tension, cela permet un couplage facile avec un deuxième catalyseur », a déclaré Qi. « Nous utilisons donc le deuxième catalyseur, qui est un nanofil de cuivre, et en combinant ces deux, nous avons un processus très sélectif qui a jusqu’à 60 % d’efficacité en partant du CO2 à l’éthylène dans un pot. »

Un autre aspect important du catalyseur est sa structure. Wenyu Huang, scientifique du laboratoire Ames et professeur de l’équipe à l’Iowa State University, a noté que la structure poreuse du catalyseur améliore son efficacité. « Notre catalyseur a une structure mésoporeuse ordonnée qui bénéficie du transfert de masse », a-t-il déclaré. « Parce qu’il est très poreux, vous disposez d’une très grande surface pour exposer de nombreux sites actifs du nickel, ce qui rend notre catalyseur très efficace contre le CO2 réduction en CO. »

Pour Huang, l’aspect le plus passionnant de cette recherche était la façon dont l’équipe a combiné les deux catalyseurs pour rationaliser le processus. « Nous combinons essentiellement les deux meilleurs catalyseurs par eux-mêmes, et ils fonctionnent ensemble afin que nous puissions connecter le CO2 au CO et les réactions du CO à l’éthylène dans un système », a-t-il déclaré.

Qi a souligné l’importance d’utiliser le CO2 comme matière première pour cette réaction, car elle répond au besoin mondial de réduire la quantité de CO2 libéré dans l’atmosphère. Il a expliqué que ce processus peut utiliser du CO2 récupérés à partir de processus chimiques ou industriels, ou à partir de la capture de l’air. « Et nous pouvons le faire sans aucun métal précieux, simplement le nickel, le cuivre, le carbone et l’azote, pour permettre des applications industrielles à grande échelle », a déclaré Qi. « De plus, nous éliminons potentiellement l’utilisation de ressources fossiles pour fabriquer de l’éthylène. »

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