Un carburant issu d'un gaz à effet de serre
Des atomes d'or uniques catalysent la méthanisation sélective du dioxyde de carbone
Une étape vers la neutralité du dioxyde de carbone (CO2) et l'atténuation à la fois de l'effet de serre et de la crise énergétique consisterait à convertir leCO2 en carburants à base d'hydrocarbures comme le méthane en utilisant la lumière. Dans la revue Angewandte Chemie, une équipe de recherche chinoise a présenté un photocatalyseur très efficace basé sur des atomes d'or pour rendre cette transformation possible.
© Wiley-VCH
La conversion photocatalytique duCO2 se produit par une série de processus dans lesquels des électrons sont transférés. Il en résulte divers produits, dont le monoxyde de carbone (CO), le méthanol (CH3OH), le méthane (CH4) et d'autres hydrocarbures. Huit électrons doivent être transférés sur le chemin duCO2 au CH4- plus que pour les autres produitsC1. Le méthane est le produit final thermodynamiquement favorable, mais la réaction concurrente pour former le CO ne nécessite que deux électrons et est beaucoup plus rapide, elle est donc cinétiquement favorisée. Une méthanisation efficace et sélective est donc particulièrement difficile.
Une équipe dirigée par Hefeng Cheng (Université de Shandong, Jinan, Chine) et ses collègues a maintenant mis au point une approche pratique pour convertir efficacement leCO2 en CH4 en utilisant l'énergie solaire. La clé de leur succès est un nouveau catalyseur contenant des atomes d'or uniques. Comme les atomes d'or s'agrègent dans les méthodes de préparation classiques, l'équipe a mis au point une nouvelle stratégie qui utilise un échange complexe pour produire le catalyseur.
En raison de leurs structures électroniques uniques, les catalyseurs à atomes uniques se comportent différemment des nanoparticules métalliques classiques. En outre, lorsqu'ils sont fixés à un support approprié, presque tous les atomes uniques sont disponibles comme centres catalytiques actifs. Dans ce nouveau catalyseur, des atomes d'or uniques sont ancrés à une nanocouche ultrafine de sulfure de zinc-indium et sont chacun coordonnés à seulement deux atomes de soufre. Sous la lumière du soleil, le catalyseur s'est révélé très actif avec une sélectivité de 77 % pour le CH4.
Un photosensibilisateur (un complexe de ruthénium) absorbe la lumière, devient excité et accepte un électron qui est rendu disponible par un donneur d'électrons (triéthanolamine). Il transmet ensuite l'électron au catalyseur. Les atomes d'or uniques à la surface du support agissent comme des "pompes à électrons". Ils capturent les électrons beaucoup plus efficacement que les nanoparticules d'or et les transfèrent aux molécules deCO2 et aux intermédiaires.
Une caractérisation détaillée et des calculs révèlent que le catalyseur active les molécules deCO2 à un degré bien plus élevé que les nanoparticules d'or, adsorbe plus fortement les intermédiaires *CO excités, abaisse la barrière énergétique pour la liaison des ions hydrogène et stabilise l'intermédiaire *CH3. Cela permet à CH4 d'être le produit favorisé et de minimiser la libération de CO.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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