Des îlots de taille nanométrique ouvrent des possibilités pour l’application de catalyseurs à un seul atome

[ad_1]

Une nouvelle méthode pour ancrer des atomes uniques de métaux du groupe du platine sur des îlots de taille nanométrique permet d’utiliser efficacement ces métaux coûteux comme catalyseurs pour une grande variété d’applications.

Reportage dans le journal La nature, les chercheurs ont montré que les atomes de platine pouvaient être confinés sur de petits îlots d’oxyde de cérium au sein d’un matériau poreux pour catalyser les réactions sans se coller les uns aux autres, ce qui a été une pierre d’achoppement majeure pour leur utilisation. L’étude a été dirigée par le professeur Jingyue Liu de l’Université de l’État de l’Arizona, l’Université de Californie à Davis, le professeur Bruce Gates et le professeur Yong Wang de l’Université de l’État de Washington.

« La stabilisation des métaux précieux pour permettre à chaque atome d’être un catalyseur est un Saint Graal dans le domaine de la catalyse », a déclaré Wang, professeur Regents à la WSU’s Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering et chercheur au Pacific Northwest National Laboratory. . « Nous utilisons non seulement la plus petite quantité de métaux du groupe du platine, mais nous rendons également chaque atome beaucoup plus réactif. »

Les catalyseurs, qui accélèrent les réactions chimiques, sont essentiels aux technologies utilisées dans la fabrication de produits chimiques et de carburants et pour le nettoyage des polluants, y compris les gaz d’échappement des voitures, des camions et des centrales électriques à combustibles fossiles. De nombreux catalyseurs contiennent des métaux précieux tels que le platine, le rhodium et le palladium, qui sont extrêmement coûteux.

Au début des années 1990, des chercheurs ont commencé à étudier comment isoler des atomes métalliques en tant que catalyseurs, mais ils n’avaient pas été en mesure de les stabiliser aux températures élevées requises pour les convertisseurs catalytiques et d’autres applications pratiques. Une fois que les atomes métalliques sont exposés aux conditions requises pour les réactions, ils ont tendance à s’agglutiner.

L’équipe de recherche a résolu le problème en dispersant les atomes métalliques dans les îlots nanométriques d’oxyde de cérium. Les nombreux îlots reposent sur un support commercial de dioxyde de silicium qui est largement utilisé dans de nombreuses réactions catalytiques courantes, mais les atomes métalliques sont exclus du support. Avec sa surface extrêmement élevée, le dioxyde de silicium est capable d’ancrer un très grand nombre d’îlots contenant les atomes métalliques dans un petit volume. L’oxyde de cérium adhère comme une colle au dioxyde de silicium et maintient fermement les atomes métalliques individuels afin qu’ils ne s’éloignent pas pour se trouver, s’agglutiner et devenir inefficaces.

Les chercheurs ont découvert que les atomes de métal confinés dans l’île étaient stables dans la catalyse des réactions dans des conditions à la fois oxydatives et réductrices. L’oxydation, dans laquelle de l’oxygène est ajouté à une substance, est utilisée dans la technologie de contrôle des émissions pour éliminer le monoxyde de carbone nocif et les hydrocarbures non brûlés. La réduction, dans laquelle l’hydrogène est présent et réagit avec d’autres molécules, est utilisée pour de nombreuses applications industrielles, notamment pour produire des carburants, des engrais et des médicaments.

« La précision atomique de la fabrication des nouveaux catalyseurs peut ouvrir des voies pour concevoir des catalyseurs avec une flexibilité sans précédent dans le placement d’un nombre ciblé d’atomes sur chaque île », a déclaré Gates. « Cela nous permet d’étudier la réactivité et d’identifier les espèces les plus réactives – pour découvrir quelles structures et configurations sont les plus efficaces. »

Les chercheurs espèrent étudier plus avant l’approche pour un large éventail d’applications catalytiques.

« Ce travail donne à la communauté scientifique un nouvel outil dans la boîte à outils pour comprendre les exigences du site catalytique pour des réactions spécifiques d’intérêt et pour développer de nouveaux catalyseurs hautement actifs et stables », a déclaré Liu. « Cela crée d’énormes opportunités pour la technologie catalytique et rapproche les catalyseurs métalliques à dispersion atomique d’une étape majeure vers des applications pratiques. »

Le travail a été financé par la Division de la chimie de la National Science Foundation et la Division des sciences énergétiques fondamentales du Département américain de l’énergie des sciences chimiques, des géosciences et des biosciences dans le cadre du programme scientifique de catalyse.

Source de l’histoire :

Matériel fourni par Université de l’État de Washington. Original écrit par Tina Hilding. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

[ad_2]

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*