Les chercheurs pensent que le casse-tête de l'or catalytique est maintenant partiellement résolu. L'or peut catalyser une réaction d'oxydation en s'oxydant d'abord. De nouvelles preuves de recherche sur la phase d'oxyde d'or à température ambiante et à pression atmosphérique nous aident à enfin comprendre les mécanismes d'oxydation des nanoclusters catalytiques d'or dans ces conditions.

« Cela est vital si nous voulons concevoir des catalyseurs d'oxydation qui pourraient utiliser l'oxygène ambiant dans le processus de réaction. Les catalyseurs qui fonctionnent à basse température sont importants en termes d'efficacité énergétique à l'avenir, ", déclare Karoliina Honkala, chercheuse de l'Académie au Nanoscience Center (NSC) de l'Université de Jyvaskyla.

Les chercheurs du NSC montrent de nouvelles preuves issues d'études informatiques qui soutiennent que des amas d'or de taille nanométrique peuvent complètement rompre la liaison O-O par la formation d'une nouvelle phase d'oxyde d'or unidimensionnelle à la limite de l'amas. Ce mécanisme devrait dominer dans des conditions ambiantes d'une pression atmosphérique et d'une température ambiante.

L'étude a été publiée en septembre dans Angewandte Chemie , la principale revue internationale de chimie. L'étude fait partie du projet de chercheur de l'Académie de l'Académie de Finlande de Karoliina Honkala et a été menée en coopération avec le professeur Hannu Häkkinen. Le travail de calcul a été facilité par les ressources étendues du Centre informatique finlandais pour la science, SCC.

Dans l'étude, les chercheurs ont exposé les amas d'or monocouches à un nombre variable de molécules d'oxygène. Il a été constaté que même un seul amas d'or peut adsorber efficacement plusieurs molécules d'oxygène aux limites de l'amas, affaiblissant (étirant) simultanément la liaison O-O en transférant des électrons aux molécules d'oxygène. Compte tenu des effets de la température et de la pression ambiante, les calculs prédisaient que les molécules d'oxygène se dissocieraient complètement et que les atomes d'oxygène et d'or formeront des chaînes alternées unidimensionnelles à la limite de l'amas (voir la figure). Les atomes d'oxygène dans ces chaînes sont négativement et les atomes d'or positivement chargés, créant un système qui rappelle une chaîne d'oxyde d'or unidimensionnelle. Ces chaînes devraient être la partie hautement catalytiquement active vers la conversion du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone à température ambiante.

Chercheurs Pentti Frondelius, Hannu Häkkinen et Karoliina Honkala ont étudié des amas d'or d'une épaisseur de 10 à 20 atomes, soutenu par de minces films d'oxyde de magnésium qui ont été développés sur du métal argenté. Ces systèmes peuvent être préparés expérimentalement, et l'année dernière, le groupe Jyväskylä a publié une étude conjointe avec le professeur Hans-Joachim Freund de l'Institut Fritz-Haber à Berlin pour caractériser les structures atomiques et électroniques des amas d'or dans de tels systèmes (voir http://prl.aps.org/abstract/ PRL/v102/i20/e206801).

Des travaux expérimentaux intensifs depuis le début des années 1980 ont indiqué que les nanoparticules d'or présentent une activité catalytique inattendue vers de nombreuses réactions chimiques d'importance industrielle qui impliquent l'activation de liaisons atomiques à l'intérieur de molécules d'oxygène ou d'hydrocarbures. Formation à température ambiante de dioxyde de carbone (CO 2 ) du monoxyde de carbone (CO) et de la molécule d'oxygène (O 2 ) est l'un des processus les plus étudiés. Un certain nombre de facteurs différents ont été suggérés pour contribuer à la capacité des particules d'or à activer la liaison O-O, qui est considérée comme l'étape de réaction clé.

"L'étude maintenant publiée nous offre une nouvelle approche du problème. La formation d'oxyde d'or, C'est, l'oxydation de l'or, est en contradiction avec les propriétés connues du métal d'or macroscopique. A l'échelle nanométrique, cependant, tout semble possible, " dit le professeur Häkkinen.