Et si nous pouvions faire revivre les déchets de dioxyde de carbone ?
Le KIMS et le KAIST ont mis au point un processus de synthèse des catalyseurs et une technologie de contrôle de précision pour maximiser l'efficacité de la conversion du dioxyde de carbone
La gravité du changement climatique et des émissions de carbone devenant une préoccupation mondiale, il est urgent de mettre au point des technologies permettant de convertir le dioxyde de carbone (CO₂) en ressources telles que des combustibles et des composés chimiques. L'équipe de recherche du Dr Dahee Park, de la division de recherche sur les nanomatériaux de l'Institut coréen des sciences des matériaux (KIMS), a collaboré avec l'équipe du professeur Jeong-Young Park, du département de chimie du KAIST, pour mettre au point une technologie de catalyse qui améliore considérablement l'efficacité de la conversion du dioxyde de carbone (CO2).
Illustration schématique de l'amélioration de la réaction de conversion du CO2 obtenue grâce aux effets synergiques des catalyseurs à double atome unique
Korea Institute of Materials Science (KIMS)
Les technologies conventionnelles de conversion du dioxyde de carbone (CO2) ont rencontré des difficultés de commercialisation en raison de leur faible efficacité par rapport à une consommation d'énergie élevée. En particulier, les catalyseurs à atome unique (SAC) souffrent de processus de synthèse complexes et de difficultés à maintenir une liaison stable avec les supports d'oxyde métallique, qui sont cruciaux pour stabiliser les particules de catalyseur et améliorer la durabilité. Par conséquent, les performances de ces catalyseurs sont limitées.
Pour surmonter ces limites, l'équipe de recherche a mis au point des technologies de catalyse à un ou deux mono-atomes (DSAC) et a introduit un processus simplifié pour améliorer l'efficacité des catalyseurs. Cette réalisation utilise les interactions électroniques entre les métaux dans les catalyseurs à double mono-atome (DSAC), ce qui permet d'obtenir des taux de conversion plus élevés et une excellente sélectivité (la capacité d'un catalyseur à diriger la production des produits souhaités) par rapport aux technologies existantes.
Cette technologie implique une approche de la conception des catalyseurs qui contrôle précisément les vides d'oxygène et les structures défectueuses dans les supports d'oxyde métallique, ce qui améliore considérablement l'efficacité et la sélectivité des réactions de conversion du dioxyde de carbone (CO2). Les vides d'oxygène facilitent l'adsorption du CO2 à la surface du catalyseur, tandis que les catalyseurs à un ou deux atomes simples facilitent l'adsorption de l'hydrogène (H2). L'action combinée des vides d'oxygène, des atomes simples et des atomes simples doubles permet de convertir efficacement le CO2 et l'H2 en composés souhaités. En particulier, les catalyseurs à double atome unique (DSAC) utilisent les interactions électroniques entre deux atomes métalliques pour réguler activement la voie de réaction et maximiser l'efficacité.
L'équipe de recherche a appliqué la méthode de pyrolyse par pulvérisation assistée par aérosol pour synthétiser des catalyseurs au moyen d'un processus simplifié, démontrant également son potentiel pour la production de masse. Ce procédé consiste à transformer des matériaux liquides en aérosols (fines particules ressemblant à du brouillard) et à les introduire dans une chambre chauffée, où le catalyseur est formé sans nécessiter d'étapes intermédiaires complexes. Cette méthode permet une dispersion uniforme des atomes de métal dans le support d'oxyde métallique et un contrôle précis des structures défectueuses. En contrôlant précisément ces structures défectueuses, l'équipe a pu former de manière stable des catalyseurs à un ou deux atomes simples (DSAC). Grâce aux DSAC, ils ont réduit l'utilisation de catalyseurs à un seul atome d'environ 50 %, tout en obtenant une efficacité de conversion du CO2 plus de deux fois supérieure à celle des méthodes conventionnelles et une sélectivité exceptionnellement élevée de plus de 99 %.
Cette technologie peut être appliquée dans divers domaines, notamment la synthèse de carburants chimiques, la production d'hydrogène et l'industrie de l'énergie propre. En outre, la simplicité et la grande efficacité de production de la méthode de synthèse du catalyseur (pyrolyse par pulvérisation assistée par aérosol) la rendent très prometteuse pour la commercialisation.
Dahee Park, chercheur principal, a déclaré : "Cette technologie représente une avancée significative dans l'amélioration radicale des performances des catalyseurs de conversion du CO2 tout en permettant une commercialisation par le biais d'un processus simplifié. Elle devrait servir de technologie de base pour atteindre la neutralité carbone". Le professeur Jeong-Young Park du KAIST a ajouté : "Cette recherche fournit une méthode relativement simple pour synthétiser un nouveau type de catalyseur à atome unique qui peut être utilisé dans diverses réactions chimiques. Elle constitue également une base essentielle pour le développement de catalyseurs de décomposition et d'utilisation du CO2, l'un des domaines de recherche les plus urgents pour lutter contre le réchauffement de la planète causé par les gaz à effet de serre."
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.
Publication originale
Dahee Park, Seunghwa Hong, Jaebeom Han, YongJoo Kim, Minhee Park, Byunghyun Lee, Yejin Song, Hye Young Koo, Sangsun Yang, Won Bo Lee, Jeong Young Park; "Insights into the synergy effect in dual single-atom catalysts on defective CeO2 under CO2 hydrogenation"; Applied Catalysis B: Environment and Energy, Volume 365
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