Le manganèse fait son apparition en tant que catalyseur potentiel pour les piles à combustible

Jim Shelton

Selon une nouvelle étude de chercheurs de Yale et de l’Université du Missouri, des catalyseurs chimiques contenant du manganèse — un élément métallique abondant et peu coûteux — se sont avérés très efficaces pour convertir le dioxyde de carbone en formiate, un composé considéré comme un contributeur clé potentiel d’hydrogène pour la prochaine génération de piles à combustible.

La nouvelle étude est parue dans la revue Chem. Les premiers auteurs sont le chercheur postdoctoral de Yale Justin Wedal et l’assistant de recherche diplômé du Missouri Kyler Virtue ; les auteurs seniors sont les professeurs Nilay Hazari de Yale et Wesley Bernskoetter du Missouri.

Comme une batterie, une pile à combustible à hydrogène convertit l’énergie chimique de l’hydrogène en électricité. L’un des défis pour une utilisation généralisée de cette technologie est de développer des moyens rentables de produire et de stocker l’hydrogène.

« L’utilisation du dioxyde de carbone est une priorité en ce moment, alors que nous cherchons des matières premières chimiques renouvelables pour remplacer celles dérivées des combustibles fossiles », a déclaré Hazari, professeur John Randolph Huffman de chimie et président du département de chimie à la Faculté des arts et sciences de Yale (FAS).

L’acide formique, forme protonée du formiate, est un produit chimique de base fabriqué à l’échelle industrielle pour être utilisé comme conservateur, agent antibactérien et agent tannant. Il est également considéré par de nombreux chercheurs comme une source potentielle d’hydrogène pour les piles à combustible, à condition qu’il puisse être produit de manière durable et efficace.

Actuellement, la production industrielle de formiate nécessite l’utilisation de combustibles fossiles et n’est donc pas considérée comme une option durable à long terme. Selon les chercheurs, une approche plus respectueuse de la planète consiste à créer du formiate à partir du dioxyde de carbone atmosphérique, ce qui revient essentiellement à éliminer les gaz à effet de serre et à les convertir en un produit utile.

Mais pour ce faire, un catalyseur est nécessaire. Et c’est là que réside le défi pour les chercheurs.

La plupart des catalyseurs potentiels efficaces en cours de développement sont à base de métaux précieux, qui sont coûteux, moins abondants et très toxiques. D’autre part, les catalyseurs métalliques, plus abondants, plus durables et moins coûteux, ont tendance à être moins efficaces car ils se décomposent rapidement, ce qui limite leur capacité à convertir le dioxyde de carbone en formiate.

L’équipe de Hazari propose une nouvelle approche.

Les chercheurs ont réussi à prolonger la durée de vie catalytique des catalyseurs à base de manganèse à un point tel que leur efficacité a dépassé celle de la plupart des catalyseurs à base de métaux précieux. Selon eux, l’innovation clé a consisté à stabiliser les catalyseurs en ajoutant un autre atome donneur dans la conception du ligand (les ligands sont des atomes ou des molécules qui se lient à un atome métallique et influencent la réactivité).

« Je suis ravi de voir que la conception du ligand porte ses fruits de manière aussi significative », a déclaré Wedal.

Les chercheurs ont également déclaré que leur approche pourrait être largement appliquée à d’autres transformations catalytiques, au-delà de la conversion du dioxyde de carbone en formiate.

Brandon Mercado et Nicole Piekut, de Yale, sont coauteurs de l’étude. Le financement de la recherche a été assuré par le Bureau des sciences du Département américain de l’énergie.

Source : Yale U.