Cobalt

Une équipe de l’Université de Nanjing, de l’Université normale du Hubei et de l’Université du Zhejiang a développé un catalyseur graphdiyne dopé au cobalt pour décomposer catalytiquement l’ammoniac (NH3) afin de générer du H2. Le catalyseur composite améliore considérablement la réactivité et la stabilité de la décomposition de l'ammoniac.

Dans un article paru dans la revue Fuel, les chercheurs rapportent que le catalyseur graphdiyne co-dopé a permis une décomposition presque complète de l'ammoniac à 550 °C et que le taux de conversion est resté stable pendant 18 heures de réaction continue.

Liu et coll.

Graphdiyne (GDY) est un nouvel allotrope de carbone bidimensionnel (2D), similaire au graphène. Cependant, alors que le graphène est une seule couche d'atomes de carbone disposés dans un réseau en nid d'abeilles 2D, le graphdiyne est composé d'atomes de carbone sp2 et sp (sp et sp2 font référence à l'état d'hybridation des atomes de carbone dans les molécules), formant une structure unique avec un grand nombre de pores, ce qui lui confère une surface élevée, utile pour les applications de stockage d'énergie et de catalyse.

L'ammoniac est par nature un transporteur d'hydrogène à haute densité. Alors que les catalyseurs à métaux nobles, tels que le ruthénium, présentent des performances catalytiques supérieures dans la décomposition de l'ammoniac, c'est-à-dire pour libérer l'hydrogène, leur coût élevé constitue un défi pour une application généralisée, notent les auteurs.

À l’inverse, des catalyseurs métalliques peu coûteux sont disponibles mais présentent des effets catalytiques sous-optimaux. Les catalyseurs à base de carbone favorisent le transfert d'électrons interfacial, améliorant ainsi les potentiels d'adsorption et de dissociation de l'adsorbat de NHx à l'interface. Cependant, comment améliorer l'activité catalytique des métaux non précieux et des catalyseurs composites à base de carbone, diminuer la température de réaction et acquérir une compréhension fondamentale des nouveaux catalyseurs bidimensionnels sont devenus un défi majeur.

De nombreuses études ont été consacrées à la découverte et au développement de nouveaux matériaux catalytiques, avec un accent particulier sur le graphdiyne. Graphdiyne est un nouveau matériau carboné bidimensionnel qui présente un potentiel élevé de décomposition catalytique du NH3, comme le démontrent des études théoriques. La répartition inégale des charges de surface du graphdiyne fournit de nombreux sites actifs pour les réactions catalytiques. Généralement, le graphdiyne ancré avec des atomes métalliques est utilisé comme catalyseur pour les réactions thermochimiques. Cependant, l'effet d'interaction de la charge de cobalt sur le graphdiyne dans les réactions thermiques, en particulier dans les performances de décomposition de l'ammoniac, n'a pas encore été étudié de manière approfondie.

Dans ce travail, nous nous concentrons sur le chargement de nanoparticules de métaux non nobles sur graphdiyne pour étudier les interactions catalytiques entre les matériaux carbonés bidimensionnels et les métaux de transition. Nous avons découvert que les hautes performances de divers métaux de transition chargés sur le graphdiyne lors de la décomposition de l'ammoniac peuvent être attribuées à la dispersion des particules, à la réductibilité des métaux et à la composition élémentaire du catalyseur dans cette étude.

Pour l’étude, l’équipe a synthétisé une série de feuilles de graphdiyne co-chargées en utilisant une méthode de co-précipitation humide facile.

Les calculs DFT ont montré que l'étape déterminante dans la cinétique de la réaction est la déshydrogénation des espèces NHx, et non la recombinaison de l'azote comme on l'entend conventionnellement.

Notre étude met en évidence l’énorme potentiel des catalyseurs graphdiyne dopés aux métaux pour une production facile d’hydrogène via la décomposition du NH3, permettant une utilisation sûre et évolutive de l’hydrogène.

Ressources

Lishan Liu, Feng Gong, Yunlong Xie, Sijun Wang, Yu Qiu, Zhihua Wang, Rui Xiao (2023) « Production d'hydrogène hautement efficace à partir de la décomposition de l'ammoniac sur du graphdiyne co-dopé à température modérée », Carburant, Volume 354 doi : 10.1016/ j.carburant.2023.129320

Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang et Jin Zhang (2019) « Graphdiyne : synthèse, propriétés et applications » Chemical Society Reviews doi : 10.1039/C8CS00773J

Publié le 06 août 2023 dans Ammoniac, Catalyseurs, Hydrogène, Production d'hydrogène, Stockage d'hydrogène, Contexte du marché | Lien permanent | Commentaires (0)