Comment débloquer la chimie ‘collante’ pourrait mener à des carburants meilleurs et plus propres

Tatyana Woodall

Dans une nouvelle étude, des chimistes ont développé un cadre novateur pour déterminer l’efficacité avec laquelle le monoxyde de carbone adhère à la surface d’un catalyseur lors de la conversion du dioxyde de carbone. 

Cette adhérence, connue sous le nom d’énergie d’adsorption du monoxyde de carbone (CO), est une propriété qui peut souvent déterminer le produit final d’une réaction chimique. En utilisant une technique électroanalytique avancée largement accessible, les chercheurs ont découvert que l’intensité de cette énergie dépend en réalité d’un mélange de facteurs réactionnels, incluant le type de matériau catalyseur, la tension appliquée et la structure de la surface.

Il s’agit d’une avancée majeure pour le domaine, car une meilleure compréhension du fonctionnement de l’adsorption du CO en temps réel peut aider les scientifiques à rechercher des méthodes innovantes pour recycler son homologue, le dioxyde de carbone, en produits carburants utiles comme le méthanol et l’éthanol. En concevant de meilleurs catalyseurs, ces nouvelles perspectives pourraient être utilisées pour accélérer le développement de technologies plus propres soutenant un avenir plus durable, a déclaré Zhihao Cui, auteur principal de l’étude et postdoctorant en chimie à l’Université d’État de l’Ohio.

« Notre approche fournit un pont essentiel entre la théorie et l’expérience en aidant à guider la conception de catalyseurs capables de convertir le CO2 en carburants liquides utiles plus efficacement », a déclaré Zhihao Cui.

Jusqu’à présent, les chercheurs manquaient d’une méthode expérimentale pour mesurer la force de liaison du monoxyde de carbone dans des conditions réelles de réaction, ce qui signifie que les prédictions théoriques des scientifiques sur les résultats des réactions étaient limitées dans leur capacité à capturer les complexités des environnements électrocatalytiques. Pourtant, avec la méthode de cette étude, l’équipe a pu valider ses théories en observant comment le monoxyde de carbone interagit avec des matériaux comme l’or et le cuivre, des perspectives qui pourraient guider la conception de catalyseurs plus efficaces pour la conversion du carbone.

Les chercheurs ont découvert que si le monoxyde de carbone peut se lier à l’or et au cuivre avec des forces similaires, seul le cuivre est capable de générer des produits multi-carbones à partir du CO2. Ces résultats relativement surprenants révèlent que le processus d’adsorption du CO est en réalité plus complexe que ne le pensaient les chercheurs, a déclaré Anne Co, co-auteure de l’étude et professeure en chimie et biochimie à l’Ohio State .

« Le dioxyde de carbone est une molécule si stable qu’il est difficile de la décomposer », a ajouté Co. « Que cela prenne deux ou douze étapes pour terminer une réaction, cela nécessite généralement beaucoup d’énergie. »

Alors que les chimistes utilisent généralement l’électrochimie pour générer et stocker l’énergie nécessaire, rationaliser le processus en utilisant le nouveau cadre de cette équipe pourrait faciliter la réalisation des besoins énergétiques d’une réaction chimique potentielle. Il s’agit d’une étape importante dans la conception de carburants meilleurs et plus durables, a déclaré Cui, d’autant plus que la méthode est suffisamment simple pour ne pas nécessiter d’équipement coûteux et peut être facilement adaptée à d’autres types de catalyseurs.

« Notre cadre permet à d’autres chercheurs d’étendre la même expérience à une large gamme de catalyseurs », a commenté Zhihao Cui.

Les chercheurs ont noté que bien que leur méthode présente certaines limitations, les prochaines étapes incluent des plans pour affiner davantage leur modèle et leurs méthodes afin d’obtenir des perspectives plus nuancées sur le monde chimique.

« Même une technique très simple comme celle que nous avons utilisée dans cette étude peut faire une énorme différence dans ce domaine », a t-il conclu. « Donc, tant que votre idée est nouvelle, vous pourriez être capable de mesurer quelque chose qui était auparavant considéré comme impossible à mesurer. »

Article : « Determining CO adsorption free energies on CO₂ electroreduction active sites through kinetic analysis » – DOI : 10.1038/s41929-025-01427-1