Des chercheurs ont réussi à optimiser la réduction du CO2 en éthanol en utilisant des nanocubes de cuivre recouverts d’oxyde de zinc, ce qui améliore l’efficacité et la stabilité du processus. Cette méthode innovante représente une approche durable et économique pour produire de l’éthanol à partir du CO2.

Une étude récente a démontré que l’association de cuivre et d’oxyde de zinc permet d’améliorer la réduction catalytique du CO₂ en éthanol. Historiquement, cette conversion s’appuyait uniquement sur des catalyseurs à base de cuivre dans des conditions de réaction stationnaires, qui n’assurent pas toujours une sélectivité optimale pour l’éthanol. La réduction électrochimique pulsée du CO₂ (CO₂RR) émerge comme une alternative prometteuse en modifiant ces conditions, bien que la stabilité du catalyseur puisse être affectée par un environnement réactionnel plus exigeant, ce qui nuit à ses performances.

Cette recherche met en lumière les avantages des techniques de réduction électrochimique pulsée du CO₂. De plus, l’équipe a découvert qu’en ajoutant une couche d’oxyde de zinc aux nanocubes d’oxyde de cuivre, il est possible d’augmenter la production d’éthanol tout en réduisant les sous-produits indésirables tels que l’hydrogène.

Il a été constaté que cette méthode permet d’obtenir des résultats similaires, voire supérieurs, en matière de production d’éthanol par rapport aux catalyseurs en cuivre pur, tout en nécessitant des conditions de réaction moins strictes. Auparavant, le processus d’oxydation du catalyseur utilisé dans la réduction pulsée du CO₂ entraînait la perte d’atomes de cuivre par dissolution oxydative dans le milieu liquide (électrolyte), ce qui diminuait son efficacité au fil du temps.

Amélioration de la Stabilité des Catalyseurs

En revanche, cette étude a révélé qu’il est possible de concevoir un électrocatalyseur plus durable grâce à l’application d’un revêtement en oxyde de zinc sur les nanocubes de cuivre. Avec ces nouveaux catalyseurs, c’est principalement le composant en zinc qui s’oxyde, préservant ainsi le cuivre et maintenant l’intégrité et l’efficacité du catalyseur.

Cette approche novatrice prolonge donc la durée de vie des catalyseurs dans des conditions de réaction dynamiques optimisées pour la génération de produits alcooliques. Les informations détaillées sur la structure et la composition du matériau catalytique nécessaires à son optimisation ont été obtenues par spectroscopie Raman operando, une méthode offrant une excellente sensibilité pour la détection des intermédiaires de réaction adsorbés.

Cette découverte soutient non seulement l’hypothèse selon laquelle l’état d’oxydation des métaux joue un rôle crucial dans la réaction, mais elle démontre également une méthode potentielle pour améliorer la sélectivité et l’efficacité de la réduction du CO₂ en éthanol. Cela représente une avancée significative dans la recherche de solutions énergétiques durables, offrant une voie prometteuse pour une production verte et économique d’éthanol et d’autres carburants à partir du CO₂.

Référence : « Insights operando en temps réel sur la sélectivité réglable des nanocubes Cu-Zn lors de l’électroréduction pulsée du CO2 » par Antonia Herzog et al., 26 août 2024, Energy & Environmental Science.