Xavier Boyer pourrait aider à faire progresser les options sans carbone aux combustibles fossiles liés au réchauffement climatique et au changement climatique.
Le travail est également la première démonstration d’un dispositif qui imite la façon dont ces bactéries synthétisent naturellement l’acétate à partir d’électrons et de CO2.
“Ce qui est étonnant. a déclaré l’auteur principal Peidong Yang, qui détient les titres de scientifique principal de la division des sciences des matériaux du laboratoire de Berkeley et professeur de chimie et science et génie des matériaux à UC Berkeley. “Tout ce que nous faisons dans mon laboratoire pour convertir le CO2 en produits utiles s’inspire de la mother nature. En termes d’atténuation des émissions de CO2 et de lutte contre le changement climatique, cela fait partie de la alternative.”
Depuis des décennies, les chercheurs savent qu’une voie métabolique dans certaines bactéries leur permet de digérer les électrons et le CO2 pour produire de l’acétate, une réaction entraînée par les électrons. La voie décompose les molécules de CO2 en deux groupes chimiques différents ou “asymétriques” : un groupe carbonyle (CO) ou un groupe méthyle (CH3). Les enzymes de cette voie de réaction permettent aux carbones du CO et du CH3 de se lier ou de «se coupler», ce qui déclenche alors une autre réaction catalytique qui produit de l’acétate comme produit ultimate.
“Mais nous avons pensé que si ces micro-organismes pouvaient le faire, on devrait pouvoir imiter leur chimie en laboratoire”, a déclaré Yang.
puis de transformer ces produits en acétate. Ainsi, pour une expérience. ils ont exposé la area du cuivre à de l’iodure de méthyle liquide (CH3I) et du gaz CO.
Les chercheurs ont émis l’hypothèse que le CO collerait à la floor du cuivre, déclenchant le couplage asymétrique des groupes CO et CH3 pour produire de l’acétate. Du CH3I marqué par un isotope a été utilisé dans les expériences afin de suivre la voie de réaction et les produits finaux. (Un isotope est un atome avec plus ou moins de neutrons (particules non chargées) dans son noyau que les autres atomes d’un élément.)
Et ils avaient raison. notamment l’éthanol et l’acétone. Le suivi isotopique a permis aux chercheurs de confirmer que l’acétate s’est formé par la combinaison du CO et du CH3.
Dans une autre expérience, les chercheurs ont synthétisé un matériau ultrafin à partir d’une resolution de nanoparticules de cuivre et d’argent, chacune d’à peine 7 nanomètres (milliardièmes de mètre) de diamètre. cette fois en couches avec le matériau mince de nanoparticules.
Comme prévu, la polarisation électrique a déclenché une réaction, conduisant les nanoparticules d’argent à convertir le CO2 en un groupe carbonyle, tandis que les nanoparticules de cuivre ont transformé le CO2 en un groupe méthyle. Des analyses ultérieures dans le laboratoire Yang ont révélé qu’une autre réaction (le couplage asymétrique tant convoité) entre le CO et le CH3 synthétisait des produits liquides tels que l’acétate.
Grâce à des expériences de microscopie électronique à la fonderie moléculaire. formant des systèmes en tandem, et que les nanoparticules de cuivre servaient de centre catalytique pour le couplage asymétrique.
La découverte a eu des implications importantes pour un domaine en pleine croissance dans lequel les chercheurs ont passé des décennies à rechercher les meilleures réactions chimiques pour produire des rendements élevés de produits liquides à partir de CO2.
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Des chercheurs du Berkeley Lab et de l’UC Berkeley ont participé à l’étude.
Ce travail a été soutenu par le DOE Business office of Science.
La fonderie moléculaire est une set up utilisateur du DOE Office of Science au laboratoire de Berkeley.
