Des scientifiques de l'Université métropolitaine de Tokyo ont révélé comment les catalyseurs d'oxyde de cuivre se transforment pendant les réactions pour augmenter drastiquement les rendements en ammoniac. Cette avancée dans la réduction électrochimique des nitrates pourrait mener à des alternatives plus propres au procédé Haber-Bosch gourmand en énergie. Les résultats mettent en lumière une formation clé de cuivre métallique qui améliore l'efficacité dans des conditions ambiantes.
L'ammoniac, essentiel aux engrais et à l'agriculture mondiale, est traditionnellement produit par le procédé Haber-Bosch, qui nécessite des températures et pressions élevées, consommant une énergie considérable et contribuant à environ 1,4 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone. À la recherche d'options durables, une équipe dirigée par le professeur Fumiaki Amano à l'Université métropolitaine de Tokyo a exploré la réaction de réduction électrochimique des nitrates, qui produit de l'ammoniac à partir de nitrates à température ambiante et à pression atmosphérique normale.
En utilisant des techniques avancées d'absorption des rayons X operando, les chercheurs ont attaché des particules d'oxyde de cuivre à des fibres de carbone et ont appliqué des tensions variables à une solution électrolytique. Initialement, sous tension positive, les ions nitrate se lient à la surface du catalyseur, la passivant et favorisant la formation d'ions nitrite tout en empêchant la conversion en cuivre métallique. Lorsque la tension devient plus négative, des particules de cuivre métallique apparaissent, marquées par une augmentation des liaisons cuivre-cuivre, coïncidant avec une forte hausse de la production d'ammoniac.
Ce cuivre métallique facilite l'ajout d'hydrogène aux ions nitrite, propulsant la réaction vers l'ammoniac. L'étude démontre que la passivation de surface et la formation in situ de cuivre sont cruciales pour les performances du catalyseur dans ce procédé. Publié dans ChemSusChem en 2025, le travail de Rizki Marcony Surya, Surya Pratap Singh, Kosuke Beppu et Fumiaki Amano (DOI: 10.1002/cssc.202501785) suggère des stratégies pour concevoir des catalyseurs électrochimiques plus efficaces, potentiellement réduisant l'empreinte environnementale de la synthèse de l'ammoniac et soutenant une chimie industrielle plus verte.