Conversion électrochimique du CO2 en produits à valeur ajoutée via des matériaux bimétalliques hautement sélectionnés et une conception de processus innovante

Electrochemical conversion of CO2 into added value products via highly selected bimetallic materials and innovative process design

• Auteur / Autrice : Alessia Bardazzi
• Direction : Pieter Glatzel, Frédéric Maillard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : European Synchrotron Radiation Facility

Mots clés

Mots clés libres

Électrochimique

Conversion

Co2

Bimétalliques

Electrochemical

Conversion

Co2

Bimetallic

Résumé

L'objectif principal de cette proposition est de faire une percée significative dans le développement du CO2 électrochimique voie de conversion pour la production de produits chimiques à valeur ajoutée. Produits C1 (CO et acide formique) ou C2 (éthylène) sont ciblés. Cet objectif sera atteint grâce à l'avancement de nouveaux matériaux catalyseurs, de nouvelles chimies et d'une cellule d'électrolyseur conceptions. L'ambition est d'aider l'environnement en utilisant le CO2 émis par des sources anthropiques et ainsi contribuer au cycle naturel du carbone. Un électrolyseur basé sur le les catalyseurs développés au sein d'ECOMATES une fois couplés à une source d'énergie renouvelable comme le photovoltaïque « mimeraient » rôle des plantes photosynthétiques, en convertissant et stockant l'énergie en liaisons chimiques par réduction électrochimique du CO2 en produits chimiques et carburants précieux. Cela sera possible en étudiant la structure électronique (état d'oxydation et de spin, coordination locale) et la distribution élémentaire des électrocatalyseurs Cu/M fabriqués au sein du réseau au moyen de l'analyse de la nanofluorescence des rayons X et de l'absorption et de l'émission des rayons X (photon-in /photon-out) spectroscopie. La caractérisation de différents systèmes bimétalliques et stoechiométries permettra de mettre en lumière les paramètres clés déterminant les meilleurs catalyseurs.

Main aim of this proposal is to make a significant breakthrough in the development of the electrochemical CO2 conversion route for the production of value-added chemicals. Both C1 (CO and formic acid) or C2 (ethylene) products are targeted. This objective will be achieved via the advancement of novel catalyst materials, chemistries and electrolyser cell designs. The ambition is to help the environment in utilizing the CO2 released from anthropogenic sources and thus assisting the natural carbon cycle. An electrolyser based on the catalysts developed within ECOMATES once coupled with a renewable energy source such as photovoltaics would “mimic” the role of photosynthetic plants, by converting and storing energy into chemical bonds by electrochemical reduction of CO2 into valuable chemicals and fuels. This will be possible by studying the electronic structure (oxidation and spin state, local coordination) and elemental distribution of Cu/M electrocatalysts fabricated within the network by means of nano X-ray fluorescence analysis and X-ray absorption and emission (photon-in/photon-out) spectroscopy. Characterization of different bimetallic systems and stoichiometries will shed light on the key parameters determining the best catalysts.