Les chercheurs ont développé un photocatalyseur à haut rendement convertissant le CO2 en méthane à l'aide de séléniure de cadmium et de dioxyde de titane amorphe, atteignant une conversion de 99,3 % du méthane avec une régénération améliorée. Les travaux futurs se concentreront sur l’amélioration de son efficacité énergétique et de sa stabilité pour un usage commercial.
Une équipe de recherche de la DGIST a développé un photocatalyseur avancé qui convertit efficacement le CO2 en méthane, offrant potentiellement une solution durable pour lutter contre le réchauffement climatique.
Le professeur In Soo-il et son équipe du Département des sciences et de l'ingénierie énergétiques de la DGIST ont développé avec succès un photocatalyseur hautement efficace. Cette innovation est capable de convertir le dioxyde de carbone (CO2), facteur important du changement climatique, en méthane (CH4), communément appelé gaz naturel.
Le réchauffement climatique provoque des climats anormaux partout dans le monde, menaçant la survie de la race humaine. La réduction des gaz à effet de serre est cruciale pour résoudre le problème de plus en plus préoccupant du réchauffement climatique, qui nécessite la conversion du dioxyde de carbone atmosphérique en d'autres substances. La technologie photocatalytique est une solution respectueuse de l'environnement qui convertit le dioxyde de carbone en substances utiles telles que le gaz naturel en utilisant uniquement l'énergie solaire et l'eau. Le gaz naturel produit peut être utilisé dans notre vie quotidienne comme carburant pour les systèmes de chauffage et de refroidissement et pour les véhicules.
Améliorations des matériaux photocatalytiques
L’équipe de recherche a combiné du séléniure de cadmium, qui absorbe la lumière visible et infrarouge, avec du dioxyde de titane – un oxyde métallique et un matériau photocatalytique bien connu – pour convertir le dioxyde de carbone en gaz naturel avec une grande efficacité.
Auparavant, le dioxyde de titane cristallin, qui possède une structure de réseau périodique, était analysé comme matériau photocatalytique. Cependant, la formation de sites actifs pour les cations trivalents du titane (Ti3+) était limitée en raison de la disposition régulière des particules. Pour surmonter ce problème, l'équipe du professeur In a amélioré la réaction catalytique utilisant du dioxyde de titane amorphe, qui peut former davantage de sites actifs pour le Ti.3+ grâce à des arrangements irréguliers de particules qui n'ont pas la périodicité de la structure du réseau.
En plus d'une catalyse améliorée, le processus de transfert de charge est stable, garantissant un apport suffisant d'électrons pour participer à la réaction. Cela facilite la conversion du dioxyde de carbone en composés carbonés, en particulier en méthane. De plus, contrairement aux photocatalyseurs conventionnels qui nécessitent des températures élevées pour la régénération, les catalyseurs amorphes peuvent être régénérés en une minute lorsque l'oxygène est fourni au réacteur sans chauffage.
Haute efficacité et orientations futures de la recherche
Le nouveau photocatalyseur dioxyde de titane amorphe-séléniure de cadmium (TiO) développé par l'équipe de recherche2-CdSe) a maintenu une performance de conversion de méthane de 99,3 % pendant les 6 premières heures après 18 heures de photoréaction, ce qui le rend 4,22 fois plus régénérateur que le photocatalyseur cristallin (C-TiO2-CdSe) ayant la même composition.
« Cette étude est importante dans la mesure où nous avons développé un catalyseur avec des sites actifs régénératifs et identifié le mécanisme par lequel le dioxyde de carbone est converti en méthane à l'aide d'un catalyseur amorphe grâce à des recherches en chimie computationnelle », a déclaré le professeur In du DGIST. « Nous mènerons des recherches de suivi pour améliorer la perte d'énergie du photocatalyseur amorphe et améliorer sa stabilité à long terme en vue d'une commercialisation future de la technologie », a-t-il ajouté.
Cette étude a été soutenue par le programme de recherche de taille moyenne et le programme de coopération Corée du Sud-Chine du ministère des Sciences et des TIC.