Un moyen plus rapide et plus frais de réduire notre empreinte carbone: l’oxyde d’indium et de cuivre

Les scientifiques ont établi un record pour le taux de conversion le plus élevé du dioxyde de carbone à basse température en utilisant de l’oxyde d’indium modifié au cuivre, démontrant la durabilité des carburants électroniques.

Avec le changement climatique qui ne cesse de s’aggraver, il existe un besoin croissant de technologies capables de capter et d’utiliser le dioxyde de carbone dans l’atmosphère.₂ (Dioxyde de carbone) et réduire notre empreinte carbone. Dans le monde des énergies renouvelables, le CO₂Des carburants électroniques basés sur une technologie prometteuse qui tentent de convertir le dioxyde de carbone dans l’atmosphère sont apparus₂ Pour nettoyer le carburant. Le processus comprend la production de gaz synthétique ou Gaz synthétique (Un mélange d’hydrogène et de monoxyde de carbone (CO)). À l’aide de la réaction de transformation inverse de l’eau et du gaz (RWGS), du CO2 est produit₂ Il se décompose en dioxyde de carbone qui est nécessaire pour le gaz de synthèse. Bien que la réaction RWGS soit prometteuse en termes d’efficacité de conversion, elle nécessite des températures incroyablement élevées (> 700 ° C) pour se dérouler, avec la génération de sous-produits indésirables.

Pour résoudre ces problèmes, les scientifiques ont développé une version chimiquement modifiée de la réaction RWGS qui transforme le CO₂ Au CO en deux étapes. Premièrement, l’oxyde métallique, utilisé comme matériau de stockage de l’oxygène, est réduit par l’hydrogène. Après cela, il est ré-oxydé par le CO₂, Il produit du dioxyde de carbone. Cette méthode est exempte de sous-produits indésirables, rend la séparation des gaz plus simple et peut être rendue possible à des températures plus basses en fonction de l’oxyde choisi. Ainsi, les scientifiques recherchaient des oxydants qui présentent des taux élevés d’oxydation et de réduction sans avoir besoin de températures élevées.

Dans une étude récente publiée dans CSciences textuellesDes scientifiques de l’Université Waseda et d’ENEOS au Japon ont révélé que le nouvel oxyde d’indium avait été modifié avec du cuivre (Cu-In).₂une₃) Le record du monde affiche le dioxyde de carbone₂ Le taux de conversion est de 10 mmol^-1g^-1 À des températures relativement modérées (400-500 ° C), ce qui en fait le premier candidat parmi les matériaux de stockage d’oxygène pour le dioxyde de carbone à basse température₂ Transferts. Pour mieux comprendre ce comportement, l’équipe a étudié les propriétés structurelles de l’oxyde de cuivre ainsi que les propriétés cinétiques impliquées dans la réaction chimique du cycle RWGS.

Enregistrez des taux de conversion de CO2 élevés à des températures relativement basses dans une version modifiée d’anneaux chimiques de RWGS utilisant de nouveaux oxydes de cuivre et d’indium. Crédit: Université Waseda

Les scientifiques ont effectué des analyses basées sur les rayons X et ont constaté que l’échantillon contenait initialement une substance principale, le cuivre₂à₂une₅, Qui a d’abord été réduit par l’hydrogène pour former Cu-In Alliage Oxyde d’indium (In₂une₃) Puis est oxydé par CO₂ Pour produire du Cu-In₂une₃ Les données radiographiques du dioxyde de carbone ont également révélé qu’il subissait une oxydation et une réduction pendant la réaction, fournissant aux scientifiques une clé clé. Le professeur Yasushi Sikin de l’Université Waseda explique: «Les mesures aux rayons X ont indiqué que la réaction cyclique RWGS dépend chimiquement de la réduction et de l’oxydation de l’indium conduisant à la formation et à l’oxydation de l’alliage Cu-In.» une étude.

Les enquêtes cinétiques ont fourni des informations supplémentaires sur l’interaction. L’étape de réduction a révélé que le cuivre était responsable de la réduction de l’oxyde d’indium à des températures plus basses, tandis que l’étape d’oxydation a montré que la surface de l’alliage Cu-In maintenait un état très bas tandis que la majeure partie de celui-ci était oxydée. Cela a permis à l’oxydation de se produire deux fois plus vite que les autres oxydes. L’équipe a attribué ce comportement d’oxydation particulier à la migration rapide des ions oxygène chargés négativement de la surface de l’alliage Cu-In à sa taille massive, facilitant l’oxydation en masse préférentielle.

Les résultats ont, comme prévu, enthousiasmé les scientifiques quant aux perspectives d’avenir des oxydes de cuivre et d’indium. « Compte tenu de l’état actuel des émissions de carbone et du réchauffement climatique, un processus de conversion du CO2 haute performance est hautement souhaitable. Bien que la réaction cyclique RWGS fonctionne bien chimiquement avec de nombreux matériaux oxydés, le nouvel oxyde de cuivre présente ici des performances nettement supérieures De la part de l’un d’entre eux, nous espérons que cela contribuera de manière significative à réduire notre empreinte carbone et à pousser l’humanité vers un avenir plus durable », a conclu Siken.

Référence: «Migration rapide des ions oxygène dans le bloc d’oxyde de cuivre et son utilisation dans la production efficace de dioxyde de carbone₂ Conversion à basse température ‘par Jun-Ichiro Makiura, Takuma Higo, Yutaro Kurosawa, Kota Murakami, Shuhei Ogo, Hideaki Tsuneki, Yasushi Hashimoto, Yasushi Satob et Yasushi Sekine, 23 décembre 2020, Sciences chimiques.
DOI: 10.1039 / d0sc05340f