fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche dirigée par le Dr Marcel Risch du Centre Helmholtz pour les matériaux et l'énergie de Berlin (HZB) et le Prof. Dr Sanjay Mathur de l'Université de Cologne a réussi à améliorer l'efficacité et la sélectivité d'un catalyseur à base de film mince de ferrite de cobalt (CoFe₂O₄) dans la conversion électrochimique des nitrates en ammoniac, grâce à une méthode de synthèse assistée par champ magnétique. Cette étude offre une alternative durable au procédé Haber-Bosch, traditionnellement très énergivore.
La synthèse de l'ammoniac est une étape clé dans l'industrie chimique et la production d'engrais agricoles, mais le procédé Haber-Bosch traditionnel consomme entre 1 % et 2 % de l'énergie mondiale et contribue à près de 1 % des émissions de gaz à effet de serre. La nouvelle méthode basée sur la conversion électrochimique des nitrates constitue une voie alternative prometteuse, notamment pour valoriser les lisiers nocifs issus de l'agriculture intensive. Cependant, ce processus nécessite des catalyseurs efficaces pour supprimer la production d'hydrogène et de sous-produits azotés. Les oxydes de métaux de transition de type spinelle, comme les films minces de CoFe₂O₄, sont considérés comme ayant un fort potentiel.
Les chercheurs ont découvert que l'application d'un champ magnétique externe lors de la synthèse du catalyseur pouvait considérablement améliorer ses performances. Dans les expériences spécifiques, le film mince de CoFe₂O₄ préparé sous un champ magnétique de 1 Tesla a montré les meilleurs résultats : la production d'ammoniac a été triplée par rapport au même matériau synthétisé sans champ magnétique. Par ailleurs, ce catalyseur a produit 22 fois plus d'ammoniac que l'oxyde de fer pur Fe₃O₄-1T, également synthétisé sous un champ de 1 Tesla, démontrant le rôle déterminant du cobalt dans la réduction des nitrates. Des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont confirmé que le cobalt inhibe la réaction concurrente de dégagement d'hydrogène et favorise la conversion des nitrates. Les analyses ont montré que le champ magnétique stabilise les ions Co²⁺ catalytiquement actifs sur les sites octaédriques du catalyseur, réduisant ainsi la barrière cinétique de la réduction des nitrates.
Il est à noter que le champ magnétique n'a été appliqué que pendant la croissance du film mince, et que ces améliorations persistent lors des opérations électrochimiques ultérieures, sans nécessiter de champ magnétique externe. Les images de microscopie électronique à balayage indiquent que plus le champ magnétique est fort lors de la synthèse, plus la surface du film mince de CoFe₂O₄ est rugueuse, offrant ainsi une plus grande surface réactionnelle. L'équipe de recherche espère que ces résultats encourageront une exploration plus large des stratégies assistées par champ magnétique dans le domaine de la personnalisation des électrocatalyseurs.
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