in

Hydrogénation non thermique du CO2 favorisée par plasma en présence de catalyseurs alliés

Le plasma non thermique (NTP) est utilisé pour activer les molécules de CO2 pour l’hydrogénation en carburants alternatifs à basse température, permettant également la conversion de l’électricité renouvelable en énergie chimique. Des chercheurs de Tokyo Tech ont combiné des méthodes expérimentales et informatiques pour étudier la voie d’hydrogénation du CO2 promu par le NTP à la surface des catalyseurs Pd2Ga/SiO2. Les connaissances mécanistes de leur étude peuvent aider à améliorer l’efficacité de l’hydrogénation catalytique du CO2 et permettent aux ingénieurs de concevoir de nouveaux ideas de catalyseurs.

Le changement climatique accéléré par les émissions excessives de CO2 a été une préoccupation majeure au cours des dernières années. Pour faire experience à ce problème, des technologies capables non seulement de réduire et d’éliminer les émissions de CO2 en excès, mais aussi de les transformer en produits chimiques à valeur ajoutée sont en cours de développement. L’une de ces méthodes est l’hydrogénation du CO2 à l’aide d’hydrogène renouvelable pour produire des carburants alternatifs.

Au fil des années, différentes stratégies ont été développées pour améliorer l’hydrogénation du CO2 en présence de catalyseurs métalliques. Le moreover prometteur d’entre eux est le plasma non thermique (NTP). Il favorise l’hydrogénation du CO2 au-delà de la limite thermodynamique même à basse température sans désactiver les catalyseurs métalliques, qui sont vulnérables aux températures moreover élevées. Malgré la popularité croissante de cette strategy, les interactions entre les espèces activées par le NTP et les catalyseurs métalliques ne sont toujours pas bien includes.

Heureusement, une équipe de chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), au Japon, dirigée par le professeur Tomohiro Nozaki, a conçu une étude pour combler ce manque de compréhension. Dans leur récente percée, publiée dans le Journal of the American Chemical Culture, les chercheurs ont révélé la dynamique de la réaction d’hydrogénation du CO2 assistée par NTP à la surface area des catalyseurs en alliage Pd2Ga/SiO2 qui conduisent à la development de formiate. Le professeur Nozaki explique : “Des mécanismes de réaction comme Eley-Rideal ou la voie ER ont été proposés pour expliquer une conversion efficace du CO2 à des températures in addition basses et l’énergie d’activation de cette réaction diminue considérablement. De moreover, le NTP produit une quantité abondante de CO2 activé par vibration qui est la clé de améliorant la conversion du CO2 au-delà de l’équilibre thermique.”

L’équipe a étudié les réactions entre le CO2 activé par le NTP et les catalyseurs d’alliage Pd2Ga/SiO2 dans un réacteur à décharge à barrière diélectrique à lit fluidisé et les a comparées à la catalyse thermique conventionnelle. Les résultats ont révélé que la conversion du CO2 en formiate était plus que doublée dans le cas de l’hydrogénation assistée par NTP par rapport à la conversion thermique. Pour établir davantage la mécanique de la conversion mentionnée, les scientifiques ont adopté l’analyse spectroscopique in situ et les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT).

Les résultats ont révélé que l’activation de la NTP a donné lieu à des molécules de CO2 excitées par vibration qui réagissent directement avec les atomes d’hydrogène adsorbés par les websites Pd sur le catalyseur by using la voie ER. L’un des atomes O de l’espèce ayant réagi s’est ensuite adsorbé sur le web site Ga voisin, entraînant la development de formate monodenté ou m-HCOO. Les calculs DFT ont également déduit une voie de décomposition pour la même espèce m-HCOO.

Cette étude expérimentale-théorique a montré que le NTP peut favoriser l’hydrogénation du CO2 jusqu’à des limites que les méthodes thermiques conventionnelles peuvent difficilement atteindre. Il a également fourni des informations mécanistes sur l’interaction du CO2 activé par le NTP et du catalyseur, qui peuvent être utilisées pour développer de meilleurs catalyseurs et améliorer le processus d’hydrogénation. “Grâce à nos recherches, nous voulions accélérer l’initiative des déchets vers la richesse. Capter le CO2 et l’utiliser comme matière première pour la synthèse de carburants et de produits chimiques précieux nous aidera non seulement à faire face au problème climatique, mais aussi à ralentir dans une certaine mesure l’épuisement des combustibles fossiles”. conclut le professeur Nozaki.