Un groupe de recherche a mis au point une nouvelle méthode d'extraction du monoxyde de carbone de haute pureté.
Haute puretémonoxyde de carbone (CO)Le CO₂ est une matière première essentielle de l'industrie chimique, largement utilisée pour la préparation du phosgène et des composés carbonylés métalliques. Actuellement, sa production repose encore principalement sur les combustibles fossiles et implique des étapes de purification du gaz énergivores. La réduction électrocatalytique du CO₂ (CO₂RR) est considérée comme une stratégie idéale pour une synthèse verte du CO. Cependant, en pratique, le produit d'électrolyse contient souvent de grandes quantités de CO₂ non réagi et d'impuretés, ce qui engendre des coûts de séparation élevés. Par conséquent, la synthèse directe de CO de haute pureté à de faibles concentrations de CO₂ est devenue un enjeu majeur dans le domaine de l'électroréduction du CO₂. Cette étude propose une nouvelle stratégie basée sur un électrolyte d'« eau poreuse », permettant une synthèse efficace et stable de CO de haute pureté (97,0 % en poids) dans un environnement à faible concentration de CO₂ (15 % de CO₂), offrant ainsi de nouvelles perspectives pour la valorisation du CO₂.
Résumé de recherche
Cette étude a permis de développer un nouvel électrolyte (électrolyte poreux, PE) à base d'eau poreuse. Des nanocristaux de zéolite dispersés (zéolite-NC) créent un environnement microporeux stable, favorisant l'adsorption et l'enrichissement efficaces du CO₂ en phase liquide. Sous l'action d'un champ électrique, le CO₂ est libéré spontanément par gradient de concentration interfacial et efficacement converti en CO sur un électrocatalyseur Ni-N/C. Cette stratégie évite le procédé traditionnel de capture, régénération et électrolyse du CO₂ en plusieurs étapes, améliorant ainsi significativement la pureté du CO₂ issu de la réduction électrochimique du CO₂ (CO₂RR). À une densité de courant de 150 mA cm⁻², la pureté du CO reste supérieure à 90 % en masse, tout en réduisant considérablement la consommation d'énergie et les coûts. Cette méthode offre une voie nouvelle et efficace pour l'électrosynthèse de CO₂ de haute pureté.
Points saillants de la recherche
1. « L’eau poreuse » améliore l’adsorption du CO₂ et augmente sa concentration locale.
Les nanocristaux de zéolite fournissent des pores permanents, permettant au CO₂ d'être physiquement adsorbé en phase liquide et spontanément désorbé sous l'action d'un champ électrique, augmentant ainsi la concentration interfaciale de CO₂.
2. Réalisation d'une électrosynthèse de CO de haute pureté
Sous une atmosphère à 15 % de CO₂, cette stratégie permet de synthétiser directement du CO₂ pur à 97,0 % en poids, évitant ainsi les problèmes de séparation.causé par le CO₂ non réagi dans le CO₂RR traditionnel.
3. Faible consommation d'énergie et grande stabilité
Comparée aux stratégies traditionnelles de régénération-séparation du CO₂, cette méthode réduit la consommation d'énergie de 49,3 % etpeut fonctionner de manière stable pendant plus de 20 heures à 100 mA cm⁻², démontrant une excellente stabilité à long terme.
4. Le champ électrique interfacial améliore le transport des électrons et accélère la cinétique de réaction.
L'interaction d'échange d'ions de surface entre K⁺ et Si-OH renforce le champ électrique interfacial, accélérant ainsi le transport des électrons.transfert et améliorant ainsi l'activité intrinsèque de la réduction du CO₂.
Date de publication : 9 septembre 2025