Les chercheurs ont réalisé des progrès significatifs dans l’application pratique d’un nouveau matériau connu sous le nom de MOF-525, membre de la famille des structures métallo-organiques, qui s’avère très prometteur dans les technologies de captage et de conversion du carbone. L'équipe a développé un processus de fabrication évolutif utilisant des techniques de cisaillement en solution qui permettent d'appliquer le MOF-525 sur de vastes zones, améliorant ainsi son efficacité dans la capture et la conversion du dioxyde de carbone en produits chimiques commercialement précieux. Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de l'Université de Virginie ont développé une méthode évolutive pour fabriquer du MOF-525, un matériau capable de capturer et de convertir efficacement le dioxyde de carbone en produits chimiques utiles. Cette percée offre une solution pratique pour les applications à grande échelle dans le captage et la conversion du carbone, présentant des avantages environnementaux et énergétiques significatifs.
Les scientifiques ont trouvé comment utiliser un matériau miracle, capable d’extraire de la valeur du dioxyde de carbone capturé, et faire ce que personne d’autre n’a fait : le rendre pratique à fabriquer pour une application à grande échelle. Des chercheurs de l'École d'ingénierie et de sciences appliquées de l'Université de Virginie ont mené l'étude, qui a été publiée dans Matériaux et interfaces appliqués ACS.
La percée du groupe de laboratoire du professeur adjoint de génie chimique Gaurav « Gino » Giri a des implications pour l'assainissement des gaz à effet de serre, un contributeur majeur au dilemme du changement climatique. Cela pourrait également contribuer à répondre aux besoins énergétiques mondiaux.
La puissance du MOF-525
La substance, appelée MOF-525, appartient à une classe de matériaux appelés structures métallo-organiques.
« Si vous pouvez faire ça MOF couvrent de vastes zones, de nouvelles applications deviennent alors possibles, comme la fabrication d'une membrane pour le captage du carbone et la conversion électrocatalytique dans un seul système », a déclaré Giri.
La conversion électrocatalytique crée un pont entre les sources d'énergie renouvelables et la synthèse chimique directe, éliminant ainsi de l'équation la combustion de combustibles fossiles producteurs de dioxyde de carbone.

Professeur adjoint de génie chimique Gaurav Giri. Crédit : Tom Cogill
Faire progresser les solutions de captage du carbone
Ce qui donne aux MOF leurs super pouvoirs, ce sont leurs structures cristallines ultra-poreuses – des réseaux 3D de minuscules à l'échelle nanométrique des cavités qui créent une vaste surface interne et agissent comme une éponge – qui peuvent être conçues pour piéger toutes sortes de composés chimiques.
Le groupe de Giri a estimé que commencer par une technique de synthèse intrinsèquement évolutive – le cisaillement de solution – améliorerait leurs chances. Ils avaient déjà réussi à cisailler des MOF plus simples.
Dans le procédé Giri, les composants du MOF sont mélangés dans une solution, puis étalés sur un substrat avec la lame de cisaille. À mesure que la solution s'évapore, des liaisons chimiques forment le MOF sous la forme d'un film mince sur le substrat. L'application du MOF-525 de cette manière produit une membrane tout-en-un pour le piégeage et la conversion du carbone.
Passer à l’échelle pour un plus grand impact
« Plus la membrane est grande, plus vous disposez de surface pour la réaction et plus vous pouvez obtenir de produit », a déclaré Prince Verma, titulaire d'un doctorat en décembre 2023. diplômé du laboratoire de Giri. « Grâce à ce processus, vous pouvez augmenter la largeur de la lame de cisaillement à la taille dont vous avez besoin. »
L'équipe a ciblé la conversion du CO2 pour démontrer son approche de cisaillement de solutions, car le captage du carbone est largement utilisé pour réduire les émissions industrielles ou pour l'éliminer de l'atmosphère – mais à un coût pour les opérateurs avec un retour sur investissement minimal : le dioxyde de carbone a peu de valeur commerciale et la plupart finit souvent stocké indéfiniment sous terre.
Cependant, avec un apport d'énergie minimal, en utilisant l'électricité pour catalyser une réaction, le MOF-525 peut éliminer un oxygène. atome pour fabriquer du monoxyde de carbone – un produit chimique précieux pour la fabrication de carburants, de produits pharmaceutiques et d’autres produits.
L'engagement de l'UVA envers l'énergie verte
Le processus d'accélération des réactions par catalyse, en particulier l'électrocatalyse, qui consomme moins d'énergie que les réactions provoquées par la chaleur ou la pression, est essentiel pour un avenir énergétique vert – à tel point que l'UVA a investi 60 millions de dollars dans une étude sur la catalyse dans le cadre des grands défis d'investissement de l'UVA. .
Pour cette expertise, Giri a collaboré avec Charles W. Machan, professeur agrégé de chimie à l'UVA.
« Les matériaux du laboratoire de Gino nous aident à comprendre comment activer de nouvelles technologies évolutives de capture et de conversion, dont nous aurons besoin pour relever les défis environnementaux posés par les concentrations actuelles de dioxyde de carbone dans l'atmosphère et le taux d'émission », a déclaré Machan. .
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue de l'American Chemical Society. Matériaux appliqués et interfaces.
Connor A. Koellner, Hailey Hall, Meagan R. Phister, Kevin H. Stone, Asa W. Nichols, Ankit Dhakal et Earl Ashcraft ont également contribué aux travaux.
La recherche a été financée par l'Institut environnemental UVA ; le Département américain de l'énergie, l'Office of Science, l'Office of Basic Energy Sciences, le Catalysis Science Program ; l'installation de caractérisation des matériaux à l'échelle nanométrique de l'UVA ; et la source lumineuse de rayonnement synchrotron de Stanford, Laboratoire national des accélérateurs du SLAC.