Vers une photosynthèse artificielle durable grâce à un catalyseur au cobalt

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

Rédacteur : AVR