Le potentiel des MXènes et MBènes bidimensionnels dans les technologies de captage du carbone

05 octobre 2023

(Actualités Nanowerk) Certains des matériaux les plus fins connus de l’humanité pourraient apporter des solutions aux scientifiques dans leur quête pour freiner les effets du réchauffement climatique.

Connues sous le nom de composés MXène et MBène, ces substances n’ont que quelques atomes d’épaisseur, ce qui les rend bidimensionnelles. En raison de leur grande surface, les matériaux ont le potentiel d’absorber les molécules de dioxyde de carbone de l’atmosphère, ce qui pourrait contribuer à réduire les effets néfastes du changement climatique en séquestrant le dioxyde de carbone en toute sécurité.

Dans un article publié dans la revue Chimie (“Lutter contre le CO polluant2 en utilisant des MXenes et MBenes bidimensionnels”), Mihri Ozkan, professeur à l’UC Riverside, et ses co-auteurs expliquent le potentiel des MXenes et MBenes dans les technologies de captage du carbone.

“Dans cette revue, nous avons mené une analyse exhaustive et proposé des stratégies pour la mise en œuvre généralisée de ces matériaux dans des applications à grande échelle”, a déclaré Ozkan, professeur d’action climatique au département de génie électrique et informatique de l’UCR au Bourns College of Engineering.

« Leurs propriétés uniques en font d’excellents candidats pour capter le dioxyde de carbone. »

Selon Ozkan, ces matériaux bidimensionnels peuvent être conçus pour capturer sélectivement le dioxyde de carbone. L’un de leurs principaux avantages est leur grande sélectivité envers le dioxyde de carbone, qui peut être attribuée à un processus appelé ingénierie de distance intercouche. De plus, les matériaux sont mécaniquement stables et conservent leur intégrité structurelle même après plusieurs cycles de capture et de libération du carbone.Les propriétés uniques des composés MXène et MBène en font d’excellents candidats pour capter le dioxyde de carbone. (Image : UC Riverside)

Alors que les émissions de dioxyde de carbone d’origine humaine continuent d’augmenter, le développement de technologies de capture du carbone est devenu une priorité absolue. On prévoit que la température de la planète pourrait augmenter de 1,5 °C par rapport aux niveaux préindustriels au cours de la prochaine décennie, ce qui entraînerait des phénomènes météorologiques extrêmes plus fréquents, une aggravation de la sécheresse, de mauvaises récoltes, une augmentation des niveaux de migration humaine et une instabilité politique. Ces impacts négatifs soulignent la nécessité urgente d’agir pour réduire les émissions de carbone et atténuer les effets du changement climatique.

Des scientifiques de l’Université Drexel de Philadelphie, en Pennsylvanie, ont découvert les MXènes et les MBènes au début des années 2010. Le MXène est un composé inorganique constitué de couches atomiquement minces de carbures, nitrures ou carbonitrures de métaux de transition. D’autre part, les MBènes sont des borures de métaux de transition dimensionnels fabriqués à partir de bore. Ces composés sont produits par des techniques de gravure chimique et possèdent des réseaux cristallins avec des structures orthorhombiques et hexagonales répétitives.

Ozkan a expliqué que ces matériaux peuvent être utilisés en conjonction avec des technologies existantes, telles que celles développées par la société suisse Climework AS. Ces systèmes extraient le dioxyde de carbone directement de l’atmosphère et le séquestrent pour un stockage sûr et à long terme.

Avant que ces composés puissent être utilisés dans des dispositifs de captage du carbone, plusieurs problèmes techniques doivent être résolus, selon Ozkan. Avant tout, les scientifiques doivent s’attaquer aux goulots d’étranglement associés aux défis liés à la synthèse dans la production à grande échelle. Parmi les autres obstacles à la fabrication à grande échelle figurent, entre autres, un mélange non uniforme, des gradients de température et des problèmes de transfert de chaleur.

Ces obstacles peuvent néanmoins être surmontés.

Selon Ozkan, une approche descendante est idéale pour la synthèse à grande échelle du MXène en augmentant les méthodes de gravure humide ou en en développant de nouvelles.