Cartographie de la réactivité de catalyseurs en géométrie à tabouret de piano au manganèse pour la synthèse et le craquage de l'ammoniac – PICATA

La réaction de réduction de l'azote (N2+3H2->NH3, N2RR) et son inverse (2NH3->N2, la réaction d'oxydation de l'ammoniac, AOR) sont deux processus que le projet PICATA propose de traiter. La N2RR se produit aujourd'hui à l'échelle >100 Mt/an biologiquement, via les enzymes nitrogénases, et industriellement grâce au 2e plus important procédé chimique mondial, la réaction de Haber-Bosch (HB). Le NH3 produit est principalement utilisé pour les fertilisants, soutenant la croissance démographique et économique, soulignant l'importance du procédé HB. Le NH3 a aussi une teneur élevée en hydrogène (H2), d'où la nécessité de trouver des solutions pour exploiter ce vecteur énergétique émergent. La demande de NH3 devrait ainsi croître fortement dans la prochaine décennie. Cependant, la dépendance du procédé HB aux combustibles fossiles le rend fortement émetteur de CO2, donc non durable. Les recherches sur la N2RR et l'AOR sont cruciales pour maximiser l'efficacité énergétique et la durabilité de ces processus pour l'émergence d'une économie vertueuse de l'ammoniac. Cela nécessitera des catalyseurs sur-mesure, mais des lacunes scientifiques doivent être comblées pour en débloquer la prochaine génération, qui fonctionneront dans des stations électrochimiques de N2RR à petite échelle utilisant le fractionnement de l'eau via les énergies renouvelables, ou qui sépareront le NH3 en H2 et N2 avant de l'utiliser dans une pile à combustible. PICATA explorera le rôle du manganèse, un métal peu onéreux et durable, dans ces processus homogènes, où il a été négligé. PICATA étudiera la génération (électro)chimique des nitrures de métaux de transition, situés au carrefour de la N2RR et de l'AOR, et leur devenir dans des conditions pertinentes à l’une ou l’autre de ces réactions. Une étude systématique des effets électroniques dans une géométrie judicieusement choisie devrait mener à la découverte de (électro)catalyseurs robustes.