La photoélectrocatalyse pour la production de produits chimiques à haute valeur ajoutée
La conversion de l'énergie solaire en énergie chimique au moyen de la technologie photoélectrochimique (PEC) est une voie prometteuse pour parvenir à la neutralisation du carbone.
Le développement et l'application de l'énergie solaire ont fait l'objet d'une attention particulière dans le contexte de l'aggravation de la crise énergétique mondiale, en raison de ses grandes réserves de ressources, de sa large distribution et de son caractère écologique. La photoélectrocatalyse (PEC) a été considérée comme une approche prometteuse pour transformer l'énergie solaire et la stocker sous forme d'énergie chimique. Ces dernières années, la division de l'eau est devenue la principale application de la technologie PEC en raison de la sécurité et de la simplicité de cette réaction, et de l'hydrogène produit par la réaction cathodique. Cependant, la réaction anodique d'évolution de l'oxygène (OER) dans la division de l'eau PEC est un processus à quatre électrons avec une cinétique lente, ce qui entraîne une faible efficacité du système. De plus, l'O2 généré par l'OER a une valeur économique inférieure, ce qui ne permet pas de réduire le coût global de la séparation de l'eau. Par conséquent, la conception d'une photoélectrode efficace combinée à la recherche d'une réaction alternative appropriée à l'OER sont les questions critiques pour étendre la technologie PEC à une application pratique.
La conversion de l'énergie solaire en énergie chimique à l'aide de la technologie photoélectrochimique (PEC) est une voie prometteuse pour parvenir à la neutralisation du carbone. Les chercheurs présentent un résumé et une discussion détaillés du système de réaction PEC, y compris les systèmes courants de division de l'eau PEC et les systèmes de production de produits chimiques à haute valeur ajoutée tels que la production de peroxyde d'hydrogène, le traitement des eaux usées organiques, la conversion sélective des matières premières organiques et la réduction du dioxyde de carbone.
Chinese Journal of Catalysis
En fait, diverses réactions peuvent être réalisées dans le système PEC, à l'exception de la division de l'eau, comme la réaction de synthèse oxydative deH2O2, la réaction d'oxydation organique et la réaction de réduction duCO2 (CO2RR). Ces réactions sont toutes des moyens d'ajouter de la valeur aux produits chimiques pour obtenir une production chimique à haute valeur ajoutée. Par exemple, l'O2 obtenu par la réaction d'oxydation organique est un produit chimique courant et bon marché, similaire à sa matière première, l'H2O, qui peut être remplacé par la photoélectrooxydation de l'H2OenH2O2à haute valeur ajoutée. En outre, en tant que produit chimique organique de la biomasse à faible coût, le glycérol peut être converti en produits chimiques plus précieux tels que la 1,3-dihydroxyacétone et le glycéraldéhyde par un processus d'oxydation. En outre, ce type de réaction nécessite un potentiel de réaction plus faible par rapport à l'OER, ce qui signifie que le système peut consommer moins d'énergie pour obtenir plus de produits. Comme pour la photocathode, de nombreuses études se concentrent également sur leCO2RR, qui joue un double rôle : convertir l'énergie solaire en produits chimiques à haute valeur ajoutée (tels que le monoxyde de carbone, le formiate, le méthanol et l'éthanol) et réduire les niveaux deCO2 anthropiques.
Pour réaliser les processus susmentionnés, le principal problème à résoudre est l'adéquation entre les matériaux semi-conducteurs et les réactions alternatives. Par exemple, la position de la bande d'énergie du semi-conducteur doit être appropriée pour conduire la réaction en douceur. Outre le criblage des matériaux, la sélectivité des photoélectrodes pour les produits à haute valeur ajoutée doit être régulée. Par conséquent, la conception d'un système de photoélectrodes aux performances satisfaisantes et répondant à ces exigences constitue un énorme défi. Bien que certaines méthodes de conception de systèmes de séparation de l'eau aient été examinées, il n'existe pas de discussion approfondie sur la production de divers produits à haute valeur ajoutée dans les systèmes PEC.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Mingfei Shao de l'Université de technologie chimique de Pékin, en Chine, a publié un compte-rendu qui traite de l'utilisation de la technologie PEC pour produire divers produits à haute valeur ajoutée et des applications de traitement de l'environnement, où plusieurs systèmes PEC sont examinés, notamment la division de l'eau PEC, l'oxydation organique PEC couplée au dégagement d'hydrogène et la réaction de réduction du dioxyde de carbone PEC. Sur la base de l'opinion selon laquelle la régulation de la photoélectrode pour correspondre à la réaction de production de produits chimiques à haute valeur ajoutée et assurer la sélectivité est le cœur de ce domaine, le développement de futurs systèmes PEC est également prospecté.
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