Réduction électrocatalytique du CO₂ sur des bimétalliques Pd_100-xCu_x

Le dioxyde de carbone (CO₂) est un gaz à effet de serre responsable du réchauffement de la planète. Parmi les technologies possibles pour transformer durablement le CO₂, la réaction électrochimique de réduction du CO₂ (CO₂RR) en combustibles ou produits chimiques utiles (CO, CH₄, CH₃OH, HCOOH…) est particulièrement intéressante pour plusieurs raisons: fonctionnement dans des conditions douces, large gamme de produit synthétisables, applicabilité dans les processus industriels et parfaite compatibilité avec les sources d’énergie renouvelables et leur stockage. Dans ce contexte, nous travaillons sur la mise au point de nouveaux catalyseurs bimétalliques. 

Nous venons de réaliser une étude de la CO₂RR sur des nanoalliages Pd_100-xCu_x, de type solution solide où pour la première fois la voltampérométrie cyclique et la chronoampérométrie sont utilisées en combinaison avec une MicroÉlectrode à Cavité (MEC). 

Les signaux faiblement distordus obtenus avec la MEC montrent que le pic d’inhibition typique du CO₂RR, lié aux sites actifs bloquant le CO, devient un plateau de courant pour les alliages à faible ou moyenne teneur en Cu (< 50 %.at). La hauteur du plateau est égale à la valeur théorique correspondant au courant en régime stationnaire d’un microdisque. Cela indique une meilleure tolérance des Pd_100‑xCu_x à l’empoisonnement au CO que pour le Pd pur. La synergie entre Cu et Pd est ainsi établie pour la première fois à l’aide de voltampérogrammes.

Les réponses chronoampérométriques montrent deux régions bien définies correspondant au début de l’empoisonnement par CO puis à un effondrement de l’activité catalytique à un moment critique, t_c, qui dépend directement de la composition bimétallique. L’évolution de t_c avec la teneur en Pd décrit une forme de « volcano plot », à partir duquel ~ Pd₇₀Cu₃₀ est identifié comme une composition proche de l’optimum en termes de tolérance au CO et Pd₃₅Cu₆₅ comme la composition à partir de laquelle l’avantage d’allier Pd et Cu est perdu. 

Référence :

E. Torralba et al., Electrochemical study of carbon dioxide reduction at copper–palladium nanoparticles: Influence of the bimetallic composition in the CO poisoning tolerance. Electrochimica Acta 354 (2020) 136739