Cette photosynthèse artificielle transforme le C02 en alcool et hydrocarbure

La photosynthèse artificielle est un procédé biomimétique très prometteur qui vise à convertir le dioxyde de carbone en molécules carbonées d'intérêt grâce à l'énergie solaire. Pour être viable, ce procédé doit être simple et robuste, non couteux et sélectif. Un défi de taille que vient de relever une équipe de scientifiques franco-vietnamienne grâce à un complexe de cobalt immobilisé sur des matériaux d'électrodes.


Si le dioxyde de carbone (CO₂) est le principal gaz responsable du changement climatique, il n'en est pas moins une source de carbone valorisable pour fabriquer les carburants, matériaux carbonés et produits chimiques dont nous aurons besoin dans la société de l'après-pétrole.

Pour cela, il faut développer des procédés catalytiques permettant de convertir le CO₂ en molécules d'intérêt tout en utilisant des sources d'énergies renouvelables. Ces systèmes catalytiques doivent être sélectifs, à la fois en ne produisant qu'un seul produit de conversion du CO₂, mais aussi en évitant la production compétitive d'hydrogène via la décomposition de l'eau.

Des chercheurs de l'équipe SolHyCat au Laboratoire de chimie et biologie des métaux (CNRS/CEA/Université Grenoble Alpes) ont montré qu'en immobilisant un complexe de coordination de cobalt sur des nanotubes de carbone, ils obtenaient un matériau catalytique pour la conversion du CO₂ en monoxyde de carbone (CO) avec plus de 90% de sélectivité, les 10% restant étant de l'hydrogène.

Ce système est rapide et stable avec plus de 20 000 cycles catalytiques réalisés en 2h sans perte d'activité. Le mélange CO/H₂ obtenu, appelé gaz de synthèse (ou syngas), est un intermédiaire clé pour la synthèse d'une grande variété de produits comme les alcools et les hydrocarbures.


Encore plus fort, cette même équipe, en collaboration avec un groupe de l'université franco-vietnamienne de Hanoi, a pu intégrer le catalyseur à base de cobalt au sein d'une cellule photo-électrochimique. Cette cellule utilise l'énergie solaire pour convertir le CO₂ et l'eau en gaz de synthèse de manière complètement autonome.

Au coeur de ce dispositif, le catalyseur au cobalt est combiné avec un photosensibilisateur pour reproduire le fonctionnement des organismes vivants photosynthétiques.

Rédacteur: AVR

Références:

Impact of the Surface Microenvironment on the Redox Properties of a Co-Based Molecular Cathode for Selective Aqueous Electrochemical CO₂-to-CO Reduction
Matthieu Haake, Dmitry Aldakov, Julien Pérard, Giulia Veronesi, Antonio Aguilar Tapia, Bertrand Reuillard & Vincent Artero.
J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.4c03089

Unassisted Solar Syngas Production by a Molecular Dye-Cobalt Catalyst Assembly in a Tandem Photoelectrochemical Cell
Duc N. Nguyen, Emmanouil Giannoudis, Tatiana Straistari, Jennifer Fize, Matthieu Koepf, Phong D. Tran, Murielle Chavarot-Kerlidou & Vincent Artero.
ACS Energy Letters 2024
DOI: https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c02480