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Un catalyseur peu coûteux utilise l'énergie de la lumière pour transformer l'ammoniac en hydrogène

de Syzygy Plasmonics Inc. et du centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement de l’Université de Princeton a créé un catalyseur évolutif qui n’a besoin que de la puissance de la lumière pour convertir l’ammoniac en hydrogène à combustion propre.

La recherche est publiée en ligne aujourd’hui dans la revue Science.

La recherche fait suite à des investissements du gouvernement et de l’industrie visant à créer des infrastructures et des marchés pour l’ammoniac liquide sans carbone qui ne contribuera pas au réchauffement à effet de serre. L’ammoniac liquide est facile à transporter et contient beaucoup d’énergie, avec un atome d’azote et trois atomes d’hydrogène par molécule. Le nouveau catalyseur décompose ces molécules en hydrogène gazeux, un carburant à combustion propre, et en azote gazeux, le moreover grand composant de l’atmosphère terrestre. Et contrairement aux catalyseurs traditionnels, il ne nécessite pas de chaleur. Au lieu de cela, il récupère l’énergie de la lumière, soit la lumière du soleil, soit des LED énergivores.

Le rythme des réactions chimiques augmente généralement avec la température. La combustion de combustibles fossiles pour élever la température de grands réacteurs de centaines ou de milliers de degrés entraîne une énorme empreinte carbone. Les fabricants de produits chimiques dépensent également des milliards de bucks chaque année en thermocatalyseurs – des matériaux qui ne réagissent pas mais accélèrent encore les réactions sous un chauffage intensive.

“Cette découverte ouvre la voie à un hydrogène sturdy et à faible coût qui pourrait être produit localement plutôt que dans des usines centralisées massives”, a déclaré Peter Nordlander, également co-auteur de Rice.

le rhodium et le ruthénium. Halas et Nordlander ont passé des années à développer des nanoparticules métalliques activées par la lumière ou plasmoniques. Les meilleurs d’entre eux sont également généralement fabriqués avec des métaux précieux comme l’argent et l’or.

ils ont découvert en 2016 que les générateurs de porteurs chauds pouvaient être mariés à des particules catalytiques pour produire des “antennes-réacteurs” hybrides, où l’on une partie récoltait l’énergie de la lumière et l’autre partie utilisait l’énergie pour provoquer des réactions chimiques avec une précision chirurgicale.

Halas, Nordlander, leurs étudiants et collaborateurs ont travaillé pendant des années pour trouver des options en métaux non précieux pour les moitiés de récupération d’énergie et d’accélération de réaction des réacteurs d’antenne. La nouvelle étude est l’aboutissement de ce travail. Dans ce doc, Halas, Nordlander, l’ancien élève de Rice Hossein Robatjazi, l’ingénieur et physico-chimiste de Princeton Emily Carter et d’autres montrent que les particules d’antenne-réacteur en cuivre et en fer sont très efficaces pour convertir l’ammoniac.

“En l’absence de lumière. ce qui n’est pas surprenant étant donné que le ruthénium est un meilleur thermocatalyseur pour cette réaction”, a déclaré Robatjazi, un Ph.D. ancien élève du groupe de recherche de Halas qui est maintenant scientifique en chef chez Syzygy Plasmonics, basé à Houston. “Sous illumination, le cuivre-fer a montré des efficacités et des réactivités similaires et comparables à celles du cuivre-ruthénium.

Syzygy a autorisé la technologie d’antenne-réacteur de Rice, et l’étude comprenait des tests à grande échelle du catalyseur dans les réacteurs à LED disponibles dans le commerce de la société. Lors d’essais en laboratoire à Rice, les catalyseurs cuivre-fer avaient été illuminés par des lasers. Les tests Syzygy ont montré que les catalyseurs conservaient leur efficacité sous éclairage LED et à une échelle 500 fois plus grande que la configuration en laboratoire.

a déclaré Halas”

a ajouté Carter. “Ces résultats sont une grande resource de commitment. Ils suggèrent qu’il est possible que d’autres combinaisons de métaux abondants pourraient être utilisées comme catalyseurs rentables pour un significant éventail de réactions chimiques.”

Halas est titulaire de la chaire Stanley C. Moore de génie électrique et informatique de Rice et professeur de chimie, de bio-ingénierie, de physique et d’astronomie, ainsi que de science des matériaux et de nano-ingénierie. Nordlander est titulaire de la chaire Wiess de Rice et professeur de physique et d’astronomie, et professeur de génie électrique et informatique, de science des matériaux et de nano-ingénierie. Carter est professeur Gerhard R. Andlinger de Princeton en énergie et environnement au Andlinger Center for Electrical power and the Surroundings. Robatjazi est également professeur adjoint de chimie à Rice.

Halas et Nordlander sont les co-fondateurs de Syzygy et détiennent une participation dans l’entreprise.

La recherche a été soutenue par la Welch Basis (C-1220, C-1222), l’Air Force Office environment of Scientific Analysis (FA9550-15-1-0022), Syzygy Plasmonics, le Département de la Défense et l’Université de Princeton.

Les co-auteurs supplémentaires incluent Yigao Yuan, Jingyi Zhou, Aaron Bales, Lin Yuan, Minghe Lou et Minhan Lou de Rice, Linan Zhou de Rice and South China College of Technologies, Suman Khatiwada de Syzygy Plasmonics et Junwei Lucas Bao de Princeton et le Collège de Boston.