Nouveau catalyseur pour la photoélectroréduction hautement sélective du dioxyde de carbone en éthanol

17 mars 2023

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par Li Yuan, Académie chinoise des sciences

La photosynthèse artificielle (PA), utilisant la lumière du soleil pour produire des produits chimiques et des carburants précieux à partir de dioxyde de carbone (CO2), est une stratégie prometteuse pour réaliser le stockage de l'énergie solaire ainsi qu'un cycle de carbone négatif.

Cependant, la photosynthèse artificielle est assez complexe et implique de multiples étapes séquentielles et parallèles. De plus, des produits C1 thermodynamiquement favorables peuvent être produits à partir de plusieurs intermédiaires AP, ce qui rend difficile la production sélective de produits chimiques cibles contenant des liaisons CC.

Récemment, une équipe de recherche dirigée par les Profs. Chen Wei et Wei Wei du Shanghai Advanced Research Institute (SARI) de l'Académie chinoise des sciences ont développé de nouveaux catalyseurs au graphène/carbure de silicium (SiC) pour une photoélectroréduction efficace du CO2 en éthanol (C2H5OH).

Les résultats ont été publiés dans Angewandte Chemie International Edition.

Le catalyseur composite proposé, qui comprend un substrat SiC, une couche interfaciale (IL) et une surcouche de graphène à quelques couches, peut aider à obtenir le contrôle précis des intermédiaires actifs pour le couplage CC.

Une structure IL optimale permet aux électrons photogénérés du substrat SiC d'être facilement transférés vers les sites actifs de la surcouche de graphène. Les intermédiaires de réaction peuvent alors être efficacement formés et stabilisés en raison de leur forte adsorption au niveau des sites actifs et de la densité électronique élevée de la surface du graphène.

Les chercheurs ont découvert que la formation de CH3OH était largement supprimée en faveur du couplage CC. C2H5OH a donc été exclusivement généré avec une sélectivité > 99 % et un taux de conversion du CO2 de 17,1 mmol gcat-1h-1 sous irradiation solaire simulée avec un faible biais (-50 mV biais vs. Ag/AgCl) et des conditions ambiantes.

Ainsi, les performances photoélectrocatalytiques du catalyseur optimal dans la production de produits C2 à partir de CO2 étaient supérieures d'au moins deux ordres de grandeur à celles des catalyseurs AP de pointe.

Plus d'information: Guanghui Feng et al, Photoélectroréduction hautement sélective du dioxyde de carbone en éthanol sur composites graphène/carbure de silicium, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI : 10.1002/anie.202218664

Informations sur la revue :Édition internationale de chimie appliquée

Fourni par l'Académie chinoise des sciences