Des chercheurs chinois ont développé un nouveau photocatalyseur nanoarchitecturé, baptisé Rh/InGaN1-xOx, qui ouvre de nouvelles perspectives pour la conversion durable du dioxyde de carbone et du méthane en gaz de synthèse.
Le photocatalyseur Rh/InGaN1-xOx se compose de nanoparticules de rhodium ancrées sur des nanofils de nitrure de gallium-indium modifiés par l’oxygène, le tout déposé sur des substrats de silicium. Sous l’effet d’un rayonnement solaire concentré, ce matériau composite démontre des performances exceptionnelles pour le reformage à sec du méthane (DRM) avec le CO2, atteignant un taux d’évolution du gaz de synthèse de 180,9 mmol gcat-1 h-1 avec une sélectivité de 96,3%. Ces résultats représentent une amélioration significative par rapport aux systèmes catalytiques conventionnels, qui nécessitent souvent des apports énergétiques élevés et souffrent d’une désactivation rapide.
Selon le professeur Baowen Zhou de l’Université Jiao Tong de Shanghai, et chercheur principal de l’étude, «Notre travail représente une avancée majeure pour relever le double défi des émissions de gaz à effet de serre et de la production d’énergie durable. En tirant parti de l’énergie solaire et d’une nanoarchitecture rationnellement conçue, nous avons démontré une voie verte et efficace pour convertir les gaz résiduels en ressources chimiques précieuses.»
Les chercheurs attribuent les performances exceptionnelles de leur photocatalyseur aux effets synergiques résultant de l’intégration des nanofils d’InGaN photoactifs, de la surface modifiée par l’oxygène et des nanoparticules de rhodium catalytiquement actives. Des études mécanistiques ont révélé que les atomes d’oxygène incorporés jouent un rôle crucial dans la promotion de l’activation du CO2, la facilitation de la génération de CO et la suppression de la désactivation du catalyseur par dépôt de coke.
Les résultats de cette recherche, publiés dans la prestigieuse revue Science Bulletin, ouvrent la voie au développement de systèmes photocatalytiques avancés pour la production durable de carburants et de produits chimiques à partir de ressources renouvelables. L’équipe estime que leur approche peut être étendue à d’autres réactions chimiques importantes, offrant ainsi de nouvelles opportunités pour rendre l’industrie chimique plus écologique.
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Le professeur Baowen Zhou se montre enthousiaste quant aux perspectives de cette technologie : «En optimisant davantage la conception du catalyseur et la configuration du réacteur, nous visons à augmenter l’échelle du processus et à démontrer sa viabilité pour des applications pratiques.»
Cette découverte scientifique ouvre de nouvelles voies pour la valorisation du CO2 et du méthane, deux gaz à effet de serre majeurs, tout en contribuant à la transition vers une économie plus durable et respectueuse de l’environnement. Les chercheurs de l’Université Jiao Tong de Shanghai ont ainsi franchi une étape importante vers le développement de solutions innovantes pour relever les défis énergétiques et environnementaux auxquels notre société est confrontée.
Article : « Rh/InGaN1−xOx nanoarchitecture for light-driven methane reforming with carbon dioxide toward syngas » – DOI: 10.1016/j.scib.2024.02.020
Légende illustration : Des nanofils Rh/InGaN1-xOx ont été étudiés pour le reformage à sec du méthane avec du dioxyde de carbone sous l’effet de la lumière en vue de la production de gaz de synthèse (CH4 + CO2 + lumière = 2CO + 2H2). Il est proposé que la substitution partielle de N dans InGaN par O puisse améliorer considérablement l’activité et la stabilité du catalyseur sous illumination lumineuse sans chauffage supplémentaire. Crédit : ©Science China Press
