Les catalyseurs à base de métaux du groupe du platine sont au centre des préoccupations de l’industrie chimique depuis des décennies. Un groupe de université de PrincetonLe centre Andlinger pour l’énergie et l’environnement de , Syzygy Plasmonics Inc. et le laboratoire de nanophotonique de l’Université Rice ont mis au point un catalyseur évolutif qui ne nécessite que de la lumière pour transformer l’ammoniac en hydrogène à combustion propre.
Le nouveau catalyseur divise ces molécules en azote gazeux, qui constitue la majeure partie de l’atmosphère terrestre, et de l’hydrogène gazeux, un carburant à combustion propre. De plus, il ne nécessite pas de chaleur comme le font les catalyseurs conventionnels. Au lieu de cela, il est alimenté par des sources lumineuses, telles que la lumière du soleil ou des LED à faible consommation d’énergie.
Les fabricants de produits chimiques ont profité du fait que la température accélère généralement les réactions chimiques en administrant de la chaleur à l’échelle industrielle depuis plus d’un siècle. Une empreinte carbone importante est laissée pour compte lorsque combustibles fossiles sont brûlés pour élever la température de réacteurs massifs de centaines ou de milliers de degrés. Les thermocatalyseurs sont des matériaux qui ne réagissent pas mais accélèrent les processus lorsqu’ils sont chauffés à des températures élevées, et les fabricants de produits chimiques y dépensent des milliards de dollars chaque année.
La co-auteure de l’étude, Naomi Halas de Rice, a déclaré : “Métaux de transition comme le fer sont généralement de mauvais thermocatalyseurs. Ce travail montre qu’ils peuvent être des photocatalyseurs plasmoniques efficaces. Cela démontre que la photocatalyse peut fonctionner efficacement avec des sources de photons LED peu coûteuses.
“Cette découverte ouvre la voie à un hydrogène durable et à faible coût qui pourrait être produit localement plutôt que dans des usines centralisées massives.”
Platine et d’autres métaux précieux étroitement apparentés comme le palladium, le rhodium et le ruthénium sont utilisés pour fabriquer les meilleurs thermocatalyseurs. Des années ont été passées par Halas et Nordlander à créer des nanoparticules métalliques plasmoniques ou activées par la lumière. Les meilleurs sont souvent créés à partir de métaux précieux comme l’or et l’argent.
Halas, Nordlander, leurs étudiants et leurs collaborateurs ont travaillé pendant des années pour trouver des alternatives 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 document, 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. Le cuivre, un morceau de récupération d’énergie des particules, capte l’énergie de la lumière visible.
Robatjazi a dit, « En l’absence de lumière, le catalyseur cuivre-fer présentait une réactivité environ 300 fois inférieure à celle des catalyseurs cuivre-ruthénium, ce qui n’est pas surprenant étant donné que le ruthénium est un meilleur thermocatalyseur pour cette réaction. Sous illumination, le cuivre-fer a montré des efficacités et des réactivités similaires et comparables au 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 du laboratoire.
Hala a dit, « Il s’agit du premier rapport dans la littérature scientifique à montrer que la photocatalyse LED peut produire des quantités d’hydrogène à l’échelle du gramme à partir d’ammoniac. Cela ouvre la porte au remplacement complet des métaux précieux dans la photocatalyse plasmonique.
Charretier ajoutée, “Compte tenu de leur potentiel de réduction significative du secteur chimique émission de dioxyde de carbone, les photocatalyseurs à antenne-réacteur plasmonique méritent une étude plus approfondie. « Ces résultats sont une grande motivation. Ils suggèrent qu’il est probable que d’autres combinaisons de métaux abondants pourraient être utilisées comme catalyseurs rentables pour un large éventail de réactions chimiques.
Référence de la revue :
- Yogao Yuan et al. Photocatalyseur abondant en terre pour la génération de H2 à partir de NH3 avec éclairage par diode électroluminescente. La science. EST CE QUE JE: 10.1126/science.abn5
