Il existe un intérêt stratégique pour les processus de transformation du dioxyde de carbone (CO2), un gaz à effet de serre, en produits chimiques à valeur commerciale, puisque la forte concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère est identifiée comme l'un des principaux facteurs responsables du réchauffement climatique. Le captage et la transformation du CO2 en produits de valeur seraient un moyen de réduire ses émissions. Un article publié en juin dans la revue scientifique ChemCatChem a présenté les résultats d'une recherche développée au laboratoire des nanomatériaux et de la catalyse de l'Institut de chimie (IQ) de l'USP, en collaboration avec plusieurs groupes au Brésil et à l'étranger, qui étudie la structure et les performances dans la catalyse des alliages formés par le nickel et le palladium.
Une façon de transformer le CO2 en produits chimiques consiste à faire réagir le dioxyde de carbone avec de l'hydrogène gazeux – en utilisant des catalyseurs. Le nickel et le palladium sont deux métaux largement utilisés comme catalyseurs dans les réactions d'hydrogénation. La recherche a été menée en collaboration avec le Laboratoire de Coordination de Chimie (LCC, CNRS, France); Institute for Interfacial Catalysis (PNNL, USA); Laboratoire de photosynthèse artificielle et de nanomatériaux, de l'Institut de physique de São Carlos, USP; et le Laboratoire national de nanotechnologie (LNNano, Campinas).
La conclusion était quelque peu surprenante, car la recherche a indiqué que, selon la méthode de préparation, un alliage peut être formé entre les deux métaux ou non. «Nos résultats montrent que le protocole de synthèse a un rôle déterminant dans la performance des matériaux obtenus en catalyse», écrivent les auteurs dans l'article.
À l'aide d'un microscope électronique à transmission LNNano, les chercheurs ont vu que deux protocoles de préparation, c'est-à-dire deux façons différentes de favoriser le mélange entre les métaux, aboutissent à des matériaux avec des structures très différentes – bien qu'ils contiennent les mêmes éléments, le nickel et palladium.
Publié: 09/10/2019
Publié: 05/06/2019
Lorsque les particules, qui mesurent entre 3 et 6 nanomètres, ont été préparées par une méthode colloïdale puis immobilisées sur un support, la formation d'un alliage contenant les deux métaux a été observée. Lorsqu'une méthode plus traditionnelle était utilisée, impliquant le dépôt direct des deux précurseurs sur le support, il y avait formation de particules séparées des deux métaux, sans formation d'alliage. Le matériau obtenu par la méthode plus traditionnelle fonctionnait mieux dans la catalyse, bien qu'apparemment le système ait une structure pas aussi organisée que dans le cas des alliages.
L'un des objectifs du projet était de rechercher une meilleure performance dans la transformation du CO2 en monoxyde de carbone, mais surtout de ne pas produire de méthane (CH4), autre gaz à effet de serre, qui peut se former de manière concomitante dans cette réaction entre CO2 et H2. «Notre objectif est le monoxyde de carbone, qui peut être plus facilement transformé en produits chimiques précieux», explique le professeur.
Selon Liane, le groupe continuera à travailler pour améliorer les catalyseurs au nickel et développer des alliages de nickel avec d'autres métaux. «Nous avons vu qu'en fait, le palladium n'était pas en mesure de contribuer autant à améliorer les performances de la réaction à l'étude», dit-il. Pour l'avenir, il entend également développer la recherche afin de convertir directement le CO2 en produits à valeur ajoutée, sans passer par l'étape du monoxyde de carbone. Parmi les produits possibles à fabriquer avec du dioxyde de carbone, on peut citer les hydrocarbures (carburants), les oléfines (matière première utilisée dans la production de plastiques) et les alcools (tels que l'éthanol et le méthanol), entre autres.
Le travail a été présenté sur la couverture du journal ChemCatChem, numéro 11/2020, et le résumé de l'article Structure et activité des nanoparticules NiPd bimétalliques supportées: influence de la méthode de préparation sur la réduction du CO2 peut être lu sur ce lien.
À propos de RCGI: Fapesp SHELL Research Center for Gas Innovation (RCGI) est un centre de recherche financé par la Fondation de recherche de São Paulo (Fapesp) et par Shell. Il compte environ 400 chercheurs travaillant dans 46 projets de recherche, répartis en cinq programmes: ingénierie; Physicochimique; Politiques énergétiques et économiques; Réduction du CO2; et géophysique. Le centre développe des études avancées sur l'utilisation durable du gaz naturel, du biogaz, de l'hydrogène, de la gestion, du transport, du stockage et de l'utilisation du CO2.
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