Mécanismes de carbonatation de CaO : le rôle des défauts ponctuels dans CaCO3 étudié par simulations atomiques
Résumé
Afin d’améliorer la compréhension des mécanismes qui sous-tendent la carbonatation de CaO par CO2, une réaction de grande importance pratique pour le captage de ce gaz, nous présentons une étude détaillée à l’échelle atomique, au moyen de simulations ab initio, des propriétés de défauts ponctuels dans la calcite CaCO3. Pour ce faire, une investigation précise des potentiels chimiques pertinents pour les conditions expérimentales est requise. Considérant plus spécifiquement les défauts C et O liés à la diffusion de CO2, les simulations mettent en évidence l’absence de C interstitiel, excepté peut-être sous forme complexe liée à d’autres défauts, ce qui contraste nettement avec la stabilité de O interstitiel. De plus, alors que les lacunes de C et O ne sont pas significatives à l’état neutre, leur rôle est mis en évidence dans les conditions expérimentales et incluant des états chargés. Les énergies de formation des lacunes de C et O, confrontées aux profils de potentiels chimiques à travers la couche de calcite en croissance, suggèrent la diffusion conjointe de C et O par des mécanismes lacunaires distincts et d’amplitudes semblables. Concernant la possible influence de défauts complexes, nos résultats indiquent que la diffusion interstitielle de CO2 est défavorable. A l’inverse, la forte énergie de liaison de la lacune de CO2 devrait être responsable d’une nette accélération de la diffusion de ce gaz.