Les chercheurs ont franchi une étape importante dans la lutte contre le changement climatique en transformant le CO2 en méthanol grâce à une nouvelle technique de photocatalyse. Cette découverte pourrait offrir une alternative durable aux méthodes traditionnelles de production de méthanol à partir de combustibles fossiles.
Des chercheurs de l’Université de Nottingham, de l’Université de Birmingham, de l’Université du Queensland et de l’Université d’Ulm ont conçu un matériau composé d’atomes de cuivre déposés sur du nitrure de carbone nanocristallin. Cette structure permet aux électrons de se déplacer du nitrure de carbone vers le CO2, une étape essentielle dans la production de méthanol à partir de CO2 sous l’influence du rayonnement solaire.
Le Dr Madasamy Thangamuthu, chercheur à l’École de chimie de l’Université de Nottingham et co-responsable de l’équipe de recherche, explique : « Nous avons développé une nouvelle forme de nitrure de carbone avec des domaines nanocristallins qui permettent une interaction efficace avec la lumière ainsi qu’une séparation de charge suffisante. »
Un process de fabrication pour optimiser les propriétés du matériau
Les chercheurs ont mis au point un processus de chauffage du nitrure de carbone pour atteindre le degré de cristallinité requis, maximisant ainsi les propriétés fonctionnelles de ce matériau pour la photocatalyse. Ils ont ensuite déposé du cuivre atomique par pulvérisation cathodique magnétron, permettant un contact intime entre le semi-conducteur et les atomes métalliques.
Tara LeMercier, doctorante qui a réalisé les travaux expérimentaux à l’École de chimie de l’Université de Nottingham, souligne : « Même sans cuivre, la nouvelle forme de nitrure de carbone est 44 fois plus active que le nitrure de carbone traditionnel. Cependant, à notre grande surprise, l’ajout de seulement 1 mg de cuivre par gramme de nitrure de carbone a quadruplé cette efficacité. »
Un catalyseur durable composé d’éléments abondants sur Terre
Le professeur Andrei Khlobystov de l’École de chimie de l’Université de Nottingham souligne un avantage majeur de ce nouveau catalyseur : « Il est composé d’éléments durables – carbone, azote et cuivre – tous très abondants sur notre planète. »
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Cette invention représente une étape significative vers une compréhension approfondie des matériaux photocatalytiques dans la conversion du CO2. Elle ouvre la voie à la création de catalyseurs hautement sélectifs et ajustables où le produit souhaité pourrait être obtenu en contrôlant le catalyseur à l’échelle nanométrique.
Financement pour développer des matériaux catalytiques durables
Ce travail est financé par la subvention du programme EPSRC «Metal atoms on surfaces and interfaces (MASI) for sustainable future» (www.masi.ac.uk) qui vise à développer des matériaux catalytiques pour la conversion de trois molécules clés – le dioxyde de carbone, l’hydrogène et l’ammoniac – d’une importance cruciale pour l’économie et l’environnement.
L’Université de Nottingham est dédiée à la promotion des technologies vertes et durables. Le Zero Carbon Cluster a été créé dans les East Midlands pour accélérer le développement et le déploiement de l’innovation dans les industries vertes et la fabrication avancée.
Légende illustration : Le processus de conversion du CO2 en méthanol (carburant) par la lumière. Crédit : University of Nottingham
Article : « La synergie entre le nitrure de carbone nanocristallin et le catalyseur à atome unique de Cu conduit à une réduction photocatalytique sélective du CO2 en méthanol » – DOI: 10.1039/D4SE00028E
