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Science. Une nouvelle méthode visant à utiliser la lumière afin d'éliminer le CO2.

Nous avons ici relaté plusieurs fois les recherches visant à développer des processus de photosynthès capables de convertir le CO2 atmosphérique en un produit carboné susceptible de produire de l'énergie après combustion. L'on parle de photosynthèse car il s'agit d'un processus analogue à celui des végétaux, qui utilisent la lumière solaire pour élaborer à partir du CO2 les différentes molécules organiques indispensables à leur développement.
Aujourd'hui, une équipe de chercheurs de l'Université de Floride (UCF), dirigée par le Pr Fernando Uribe-Romo vient de publier un article, référencé ci-dessous, présentant une méthode révolutionnaire visant à prélever le CO2 atmosphérique par l'intermédiaire d'un matériau synthétique dit métal-organique (metal-organic frameworks ou MOF), afin de le convertir en carburant.

Le MOF qu'ils ont mis au point résout la difficulté rencontrée par les chercheurs. Jusqu'ici, il fallait utiliser le rayonnement ultra-violet (UV) de la lumière pour obtenir ce résultat avec des matériaux ordinaires, mais les UV ne représentent que 4% de la lumière solaire. Des métaux comme le platine, le titane ou l'iridium permettent d'obtenir ce résultat, mais ils sont trop rares et couteux pour être utilisés dans un processus industriel.

Pour résoudre ce dilemme, les chercheurs ont imaginé d'incorporer un peu de titanium dans des matériaux de type MOF. Dans une expérience précédente à Berkeley, une molécule captant la lumière, dite N-alkyl-2-aminoterephthalate avait été conçue pour absorber la couleur bleue.

A partir de cette technique, les chercheurs de l'UCF ont introduit du CO2 dans un phororéacteur LED produisant une lumière bleue. Ils ont constaté que le CO2 était converti en 2 composés carbonés, formate et formamide, réutilisables pour produire de l'énergie, le CO2 origine étant détruit. Evidemment, cette combustion produit outre de l'énergie de nouvelles quantités de CO2, Mais celui-ci pourra être capté afin d'être réutilisé. L'objectif suivant visera à utiliser par la même méthode les divers composants de la lumière solaire, en ne se limitant pas au bleu.

Le processus, appliqué à grande échelle, pourrait éliminer au moins une partie du CO2 atmosphérique, tout en produisant un nouveau carburant énergétique. L'objectif est désormais d'atteindre une efficacité et un coût permettant de purifier l'air atmosphérique à grande échelle.

En cas de succès, le processus appliqué à grande échelle pourrait permettre de réutiliser le CO2 produit en grande quantité par différents outils industriels, tels des centrales à charbon. L'énergie produite serait réinjectée dans la centrale. De même , à une autre échelle, les chercheurs envisagent de réaliser des tuiles de toit en MOF, produisant un peu d'énergie domestique tout en purifiant l'air ambiant – ceci du moins tant que l'ensoleillement sera suffisant.


Référence
 Journal of Materials Chemistry A.


Abstract of Systematic Variation of the Optical Bandgap in Titanium Based Isoreticular Metal-Organic Frameworks for Photocatalytic Reduction of CO2 under Blue Light

A series of metal-organic frameworks isoreticular to MIL-125-NH2 were prepared, where the 2-amino-terephthalate organic links feature N-alkyl groups of increasing chain length (from methyl to heptyl) and varying connectivity (primary and secondary). The prepared materials display reduced optical bandgaps correlated to the inductive donor ability of the alkyl substituent as well as high photocatalytic activity towards the reduction of carbon dioxide under blue illumination operating over 120 h. Secondary N-alkyl substitution (isopropyl, cyclopentyl and cyclohexyl) exhibit larger apparent quantum yields than the primary N-alkyl analogs directly related to their longer lived excited-state lifetime. In particular, MIL-125-NHCyp (Cyp = cyclopentyl) exhibits a small bandgap (Eg = 2.30 eV), a long-lived excited-state (τ = 68.8 ns) and the larger apparent quantum yield (Φapp = 1.80%) compared to the parent MIL-125-NH2 (Eg = 2.56 eV, Φapp = 0.31%, τ = 12.8 ns), making it a promising candidate for the next generation of photocatalysts for solar fuel production based on earth-abundant elements.


29/04/2017
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