Theoretical study of the mechanism of CO2 reduction catalyzed by a NiFe complex on graphite

Etude théorique du mécanisme de réduction de CO2 catalysée par un complexe NiFe sur graphite Dans le but de reproduire les processus naturels, les chercheurs ont réussi à synthétiser un analogue structurel de la NiFe-hydrogénase, un catalyseur biologique engagé dans la réduction des protons. De manière intrigante, cette imitation bioinspirée hétérobinucléaire a fait preuve non seulement d'une activité protonique, mais aussi de prouesses catalytiques dans la réduction du CO2 en CH4 lorsqu'elle est immobilisée sur du graphite. Cette découverte est très prometteuse pour de futures avancées, car elle pourrait constituer une voie viable pour la réduction du CO2 en CH4, une étape importante pour le stockage de l'énergie. Le méthane qui en résulte est un précurseur de composés organiques et une source potentielle d'hydrogène.La nouveauté de cette étude réside dans le fait qu'elle se concentre exclusivement sur la réduction du CO2, produisant principalement du CH4 et de l'H2, contrairement aux tentatives précédentes qui produisaient généralement des produits mixtes, y compris des dérivés oxygénés. Notamment, contrairement aux recherches antérieures impliquant un intermédiaire CO, cette imitation de NiFe-hydrogénase n'a donné aucun produit de CO.Utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), l'étude a porté à la fois sur le complexe et sur les surfaces de graphite. Étant donné le rôle crucial de la surface du graphite dans cette conversion, une analyse DFT de leur interaction a été entreprise pour élucider le mécanisme de réaction. Les résultats soulignent notamment l'activité catalytique de [1]+ et de son analogue réduit à un électron [l]- le mimique original - au cours de ce processus de transformation.Cette étude introduit des groupes amine dans les complexes NiFe afin d'améliorer la production électrocatalytique de H2.La modification du ligand Cp sur le site Fe, en particulier la substitution de la triéthylamine, a été étudiée.Les données expérimentales indiquent un processus de protonation sur le groupe amino, conduisant à la formation d'intermédiaires catalytiques et à la libération éventuelle de H2.Cette recherche met en lumière les étapes clés des mécanismes de production électrocatalytique de H2.