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Catalyseur mystérieux : pourquoi le cuivre peut-il produire de nombreux composés de carbone, mais pas le zinc ?
Dans le contexte du débat actuel sur le développement énergétique durable, la réduction électrochimique du dioxyde de carbone (CO2RR) fait l'objet d'une attention croissante. Cette technologie convertit non seulement le dioxyde de carbone en divers produits chimiques, mais contribue également à réduire les émissions de gaz à effet de serre. Cependant, parmi de nombreux catalyseurs, pourquoi le cuivre peut-il produire efficacement différents composés carbonés, alors que le zinc en est incapable ?
Tout progrès technologique est indissociable de la sélection et de l'application des catalyseurs. Les différences entre les catalyseurs affecteront directement l’efficacité de la réaction et les types de produits obtenus.
CO2RR utilise l'énergie électrique pour convertir le dioxyde de carbone en produits chimiques plus réducteurs. Ses produits comprennent l'acide formique (HCOO-), le monoxyde de carbone (CO), le méthane (CH4), l'éthylène (C2H4) et l'éthanol (C2H5OH). Les défis techniques de ce processus incluent les coûts élevés de l'électricité et le fait que le dioxyde de carbone contient souvent des impuretés qui doivent être purifiées avant d'être réduites. Les premières expériences de réduction du CO2 au XIXe siècle utilisaient le zinc comme cathode pour réduire le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, et les recherches ultérieures se sont considérablement développées dans les années 1980, en particulier après l'embargo pétrolier des années 1970.
Actuellement, de nombreuses entreprises développent une technologie de réduction électrochimique du dioxyde de carbone, notamment Siemens, Dioxyde Materials, Twelve et GIGKarasek. Bien qu'il n'existe pas encore d'électrolyseur à température ambiante pouvant être commercialisé, des électrolyseurs à oxyde solide à haute température (SOEC) ont été lancés par de nombreuses entreprises et ont réussi dans le processus de réduction du CO2 du monoxyde de carbone.
La viabilité commerciale des électrolyseurs à oxyde solide à haute température a démontré la production de 6 à 8 kWh par mètre cube de CO avec une pureté de 99,999 %.
Dans le processus de réduction électrochimique du CO2, le rôle de catalyseur est crucial. Bien que de nombreux catalyseurs métalliques ne donnent pas des résultats idéaux pour catalyser la réduction du dioxyde de carbone, la plupart préfèrent favoriser la génération d’hydrogène. Les catalyseurs peuvent être divisés en différentes catégories en fonction du produit. Il s'agit notamment des catalyseurs sélectifs tels que l'étain ou le bismuth qui favorisent la production d'acide formique, de l'argent ou de l'or qui se concentrent sur la production de monoxyde de carbone, et des catalyseurs au cuivre qui peuvent produire une variété de produits. produits de réduction, tels que le méthane, l’éthylène et l’éthanol.
Les catalyseurs au cuivre sont uniques dans leur capacité à produire des composés multicarbonés à partir du dioxyde de carbone, notamment de l'éthylène, de l'éthanol et d'autres produits d'ordre supérieur.
Cependant, bien que le catalyseur au zinc ait donné de bons résultats lors des premières expériences, son application a été progressivement restreinte avec l'avancement de la science et le développement de la technologie. La raison fondamentale est que le zinc est sujet à des réactions secondaires au cours du processus de réduction, ce qui entraîne une faible sélectivité du produit. Dans le même temps, le zinc n’a pas la capacité de former des complexes de carbonates métalliques similaires au cuivre, ce qui affaiblit considérablement son potentiel de catalyse efficace des composés multicarbonés.
Afin de mieux comprendre ce phénomène, nous pouvons noter que dans le procédé CO2RR, la sélectivité et l'efficacité du catalyseur sont souvent affectées par de nombreux facteurs, notamment les performances du catalyseur, la composition de l'électrolyte et les conditions de le processus de réaction. Les chercheurs travaillent à optimiser ces facteurs, à améliorer l’efficacité globale de la réduction du CO2 et à trouver de nouveaux catalyseurs pour remplacer le zinc afin d’augmenter la richesse du produit.
Dans ce domaine de la recherche scientifique en constante évolution, l'innovation catalytique et les percées technologiques affecteront grandement la production durable de divers produits chimiques, favorisant ainsi la double réalisation de la protection de l'environnement et des avantages économiques.
Il est indéniable que le potentiel catalytique du cuivre nous offre un avenir radieux dans le processus d'exploration de la conversion du CO2. Cependant, par une étude approfondie de la sélectivité des catalyseurs, pouvons-nous dévoiler le mystère d'un plus grand nombre de catalyseurs et permettre la re-. l’émergence de métaux comme le zinc qui, à l’origine, ne pouvaient pas participer ?
