Ni Nanoparticles on Oxide Supports Catalyze the Reverse Water-Gas Shift Reaction Through Metal-Support Interaction

L’augmentation des émissions de CO2 en provenance des activités humaines pousse les scientifiques à développer davantage les technologies de conversion et d’entreposage de CO2. Convertir du CO2 en CO est une solution qui valoriserait le CO2 comme intermédiaire pour produire des carburants à faible empreinte carbone. Synthétiser du carburant d’aviation à partir de CO2 réduirait les 3 % des gaz à effet de serre (GES) globaux émis par l’aviation commerciale. Combiner la réaction inverse du gaz à l’eau (RWGS) et le procédé Fischer- Tropsch (FT) avec de l’électricité renouvelable est une alternative intéressante. Le CO2 est converti en CO par la RWGS, et le CO est mélangé à du H2 vert pour être alimenté au procédé FT et produire du carburant d’aviation. Les catalyseurs à base de Ni atteindront une conversion de CO2 près de l’équilibre thermodynamique avec une sélectivité au CO de >99 %. Les 3 objectifs du projet ont vérifié la faisabilité de remplacer les métaux nobles par du Ni comme catalyseur. Le premier objectif était d’identifier des catalyseurs de RWGS commerciaux et de les utiliser comme cas de référence. Le deuxième objectif consistait à synthétiser des catalyseurs avec des nanoparticules de Ni qui favoriseraient la réaction RWGS tout en minimisant la formation de CH4. LLe troisième objectif était d’établir une relation entre les propriétés physico-chimiques des catalyseurs et leur activité et stabilité. Les nanoparticules de Ni synthétisées (2 nm) avec la méthode polyol, et dispersées à une concentration de 0.02 g g−1 sur l’Al2O3 , ZnO, Fe2O3 et Co3O4 ,ont converti le CO2 de 300 °C à 600 °C pendant 6 cycles, à pression atmosphérique.La microscopie électronique en transmission (MET), la diffractométrie de rayons X (DRX) et la méthode Brunauer, Emmett et Teller (BET) ont caractérisé les catalyseurs. Ni/Co3O4 a le mieux performé avec une conversion de CO2 de 36 % avec une sélectivité de CO de >99 % à 600 °C, et 4 % à 300 °C avec une sélectivité de CO de 95 %. Ni/Al2O3 a converti le CO2 à 33 % à 600 °C avec une sélectivité de CO de >96 %. Les images MET ont dévoilé une dispersion uniforme des nanoparticules de Ni (6 nm) sur l’Al2O3 après réaction, et des nanotubes de carbone sur le Ni/Co3O4 . Les nanotubes ont amélioré la performance du Ni/Co3O4 au travers d’une synergie qui affecte la fonction de travail du Co3O4. L’Al2O3 est un support irréductible qui disperse les nanoparticules. Le Co3O4 est un semi-conducteur qui transfère des électrons et des ions O2− au Ni, ce qui modifie la fonction de travail du catalyseur et son habileté à activer le CO2 .