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.
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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.
