Une stratégie à l'amende

Reportage du 3 novembre 2022

par Ingrid Fadelli, Phys.org

Ces dernières années, de nombreux ingénieurs et spécialistes des matériaux ont tenté de développer des solutions énergétiques durables qui pourraient contribuer à atténuer le changement climatique sur Terre. Cela inclut les technologies de capture du carbone, qui sont spécifiquement conçues pour capturer ou absorber le dioxyde de carbone (CO2) dans les sites où il est largement produit, comme les centrales électriques ou les installations industrielles qui dépendent de la biomasse ou brûlent des combustibles fossiles.

Alors que certaines solutions de capture du carbone ont obtenu des résultats prometteurs, celles basées sur des méthodes conventionnelles de lavage chimique par voie humide utilisant des amines sp3 consomment souvent trop d'énergie et sont sujettes à la corrosion et à la dégradation des sorbants. Cela limite considérablement leur mise en œuvre à grande échelle, soulignant la nécessité de stratégies alternatives de séparation du CO2.

Des chercheurs de l'Université Johns Hopkins, de l'Université du Texas à Austin et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment introduit une série de bases de Lewis accordables par redox (c'est-à-dire des molécules avec une seule paire d'électrons qui peuvent être données à une liaison covalente coordonnée ) avec des centres azotés sp2 capables de capturer et de libérer du CO2 de manière réversible. Dans leur article, publié dans Nature Energy, ils décrivent également des stratégies pour affiner les propriétés de ces bases de Lewis.

"Nous démontrons une bibliothèque de bases de Lewis accordables par redox avec des centres d'azote sp2 capables de capturer et de libérer de manière réversible du dioxyde de carbone via un cycle électrochimique", ont écrit Xing Li, Xunhua Zhao, Yuanyue Liu, T. Alan Hatton et Yayuan Liu dans leur article. . "Le mécanisme du processus de capture du carbone est élucidé via une approche expérimentale et informatique combinée."

Les travaux récents des chercheurs reposent sur l'idée qu'en raison de leur affinité pour le CO2, les bases de Lewis avec des centres azotés sp2 redox-actifs pourraient être modulées à l'aide de potentiels électrochimiques, permettant le développement de solutions alternatives de capture du carbone plus efficaces. Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont compilé une bibliothèque de bases organiques contenant des centres azotés sp2, y compris des fragments pyradine, diazine, thiadizole et azoïque.

« Bien qu'ils soient sous forme oxydée, aucun de ces composés ne montre de fortes interactions avec le CO2 », ont écrit les chercheurs dans leur article. "Cependant, leur électro-réduction et leur comportement d'oxydation ultérieur peuvent être considérablement modulés par la présence de CO2 dans l'électrolyte."

Li et ses collègues ont clairement décrit le mécanisme qui permet aux sorbants de base de Lewis de capturer le carbone dans les simulations informatiques et les expériences. Par la suite, ils ont montré que les propriétés de ces sorbants peuvent être ajustées (c'est-à-dire adaptées à des utilisations spécifiques) en utilisant à la fois la conception moléculaire et les méthodes d'ingénierie des électrolytes. En affinant les propriétés des bases de Lewis qu'ils ont créées, les chercheurs ont alors pu identifier une base de Lewis particulièrement prometteuse à base d'azopyridine bifonctionnelle.

"Nous identifions une base d'azopyridine bifonctionnelle qui est prometteuse pour la capture du carbone par voie électrochimique, présentant une efficacité d'utilisation de la capacité > 85 % sur le cycle dans un système d'écoulement sous 15 % de dioxyde de carbone avec 5 % d'oxygène", ont écrit Li et ses collègues dans leur article. "Ce travail élargit la portée structurelle des sorbants de dioxyde de carbone redox-actifs et fournit des directives de conception sur les molécules avec une basicité accordable dans des conditions électrochimiques."

À l'avenir, la base d'azopyridine bifonctionnelle identifiée par Li et ses collègues pourrait être utilisée pour créer des technologies de capture du carbone plus efficaces et plus économes en énergie. De plus, leurs travaux pourraient ouvrir la voie au développement d'autres solutions de captage du carbone à base de sorbants à base de Lewis.

Plus d'information: Xing Li et al, Bases de Lewis accordables par redox pour la capture électrochimique du dioxyde de carbone, Nature Energy (2022). DOI : 10.1038/s41560-022-01137-z

Informations sur la revue :Énergie naturelle

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