• Ingénierie: un catalyseur sélectif à base de cuivre, capable de transformer le dioxyde de carbone en carburants, a été mis au point!____¤201908

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «Bio-inspired hydrophobicity promotes CO2 reduction on a Cu surface» ont été publiés dans la revue Nature Materials, a abouti à la mise au point d'un catalyseur sélectif à base de cuivre capable de transformer le dioxyde de carbone en carburants.

     

    Notons tout d'abord que «la transformation du dioxyde de carbone (CO2) en molécules carbonées pour l’industrie chimique (alcools par exemple) et en carburants (hydrocarbures de type alcènes ou alcanes, par exemple) constitue une stratégie de plus en plus développée dans les laboratoires académiques et industriels». Dans le cas où «l’énergie utilisée pour les réactions de transformation du CO2 est une énergie renouvelable et intermittente», ces opérations «ont l’avantage de permettre un stockage de cette énergie sous une forme chimique durable».

     

    Dans ce contexte, les transformations discutées dans cette étude «peuvent utiliser de l’énergie électrique 'solaire' pour alimenter un électrolyseur où le CO2 est converti (par électroréduction) en produits carbonés divers». Du fait de la grande stabilité du CO2 et de la complexité des réactions de sa transformation», les procédés recherchés nécessitent «le développement de catalyseurs efficaces, peu coûteux, stables et sélectifs».

     

    Le cuivre est «le métal le plus prometteur pour les électrocatalyseurs de demain», mais il «souffre encore de défauts majeurs: efficacité insuffisante et faible sélectivité»: en particulier, «la réduction de l’eau utilisée comme solvant 'vert' dans ces dispositifs entre en compétition avec la réduction du CO2, car l’eau est plus efficacement transformée en hydrogène».

     

    L'étude ici présentée a permis «de développer une nouvelle stratégie pour rendre des matériaux catalytiques à base de cuivre beaucoup plus sélectifs pour la réduction du CO2 en hydrocarbures». Une partie de l'originalité de cette stratégie vient du fait «qu’elle s’inspire d’une stratégie naturelle développée par les araignées aquatiques pour maintenir, sous l’eau, à la surface de leur abdomen et de leurs pattes, des bulles d’oxygène leur permettant de respirer dans l’eau». Pour cela, elles mettent «à profit la pilosité de surface de leurs pattes et abdomens, hautement hydrophobes, donc repoussant l’eau et retenant efficacement des bulles d’oxygène».

     

    Cette stratégie bioinspirée a été choisie car «une des clés pour l’amélioration de la sélectivité des catalyseurs à base de cuivre résidait d’une part dans l’accumulation du gaz CO2 et d’autre part dans une élimination de l’eau à la surface du matériau». Ainsi, «en attachant simplement sur cette surface une couche de fils hydrophobes (ici des chaines alkyles), qui d’une certaine façon miment les poils de l’araignée», la sélectivité de ce catalyseur a été radicalement changée «favorisant la transformation du CO2 au détriment de la réduction de l’eau».

     

    En fin de compte, «alors que le catalyseur non modifié produit de l’éthylène avec un rendement faible de 9 % et de l’éthanol avec un rendement de 4 %, le catalyseur modifié produit de l’éthylène avec un rendement de 56 % et de l’éthanol avec un rendement de 17 %, s’accompagnant d’une chute drastique du rendement en hydrogène».

     

    Relevons que «l’éthylène et l’éthanol sont des produits particulièrement intéressants pour l’industrie chimique», car «le premier est le précurseur d’un grand nombre de polymères tandis que le second est à la fois un produit de base de l’industrie et un carburant».

     

    Surtout, ces travaux, qui «montrent pour la première fois de façon très claire l’importance de l’hydrophobicité des surfaces des matériaux catalytiques pour une transformation sélective du CO2», ouvre «des perspectives nouvelles en matière d’’optimisation des catalyseurs pour les électrolyseurs de demain».

     

     


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