Dans le cadre d’un financement ERC (projet : 2D-4-CO2, grant agreement # 804320) de la commission européenne, l’équipe de Damien Voiry étudie la réaction électrochimique de réduction du CO2 (CO2RR) à pression et température ambiante.
Le captage et la conversion du CO2 en petites briques organiques comme le CO, l’acide formique, le méthane ou le méthanol sont des stratégies d’avenir pour fermer le cycle d’utilisation du carbone. En particulier, la conversion du CO2 en CO est une méthode intéressante car le CO combiné à l’hydrogène joue un rôle clé dans le procédé Fisher Tropsh pour la production de molécules d’hydrocarbures à plus hautes valeurs ajoutées et énergétiquement denses. Le marché du CO était estimé à 400 millions d’euros en 2019.
Récemment, des électrolyseurs à flux ont été proposés pour convertir électrochimiquement le CO2 à des cinétiques élevées grâce à la création d’une interface triphasée : solide (catalyseur)-liquide (électrolye)-gas(CO2). Alors que certains exemples d’électrolyseurs à flux ont été récemment rapportés pour la conversion du CO2, l’influence des flux de CO2 et d’électrolyte sur le mécanisme catalytique global est restée ambiguë.
Afin d’améliorer le procédé, l’équipe de Damien Voiry en collaboration avec Yang Zhang de l’université de Shenzhen a exploré la corrélation entre le potentiel appliqué, les flux de CO2 et d’électrolyte d’une part, et les performances catalytiques d’autre part. Pour ce faire, l’équipe a développé un catalyseur bidimensionnel à base d’atomes uniques de nickel supportés sur des nanofeuillets de carbone dopé à l’azote. En régulant les conditions d’alimentation de la cellule d’électrolyse, ils ont pu atteindre des rendements énergétiques de 85 % à jCO = 7,2 mA cm-2 et 56 % à jCO = 170 mA cm-2 tandis que la conversion CO2-CO en un seul passage atteint 2,6 % par cm2 d’électrode. Pour démontrer le potentiel applicatif de leurs travaux, l’équipe a connecté trois réacteurs de 1 cm2 et atteint une production de CO record à 31,5 L min-1 m-2 avec une sélectivité proche de 100% et un taux de conversion en une passe de près de 9%.
Ces travaux ont été publié à ACS Catalysis
