Les éclats rouges d'un clou rouillé sont un signe certain qu'une réaction chimique indésirable s'est produite à la surface. Comprendre comment les molécules et les atomes se comportent les uns avec les autres, surtout sur les surfaces, est au cœur de la gestion à la fois des réactions chimiques souhaitables, comme la catalyse, et réactions indésirables, comme la corrosion d'un clou. Pourtant, le domaine de la chimie de surface est mis au défi depuis près de 100 ans de développer des théories prédictives pour ces réactions. Maintenant il y a du progrès, grâce à une nouvelle approche.
Dans une présentation au 64e Symposium et exposition internationaux AVS à Tampa, Floride, 31 octobre-nov. 2, 2017, Alec M. Wodtke et ses collègues de l'Institut Max Planck de chimie biophysique de Göttingen, Allemagne, présenteront ce qu'ils appellent un « modèle provisoire » pour la chimie de surface. Dans leur travail, ils décrivent comment une interaction fructueuse entre l'expérience et la théorie peut conduire à des simulations précises à l'échelle atomique de réactions simples sur des surfaces métalliques.
Proposer des exemples concrets, ils montrent que pour les interactions des atomes d'hydrogène avec les métaux - une approximation importante dans de nombreuses théories - l'approximation de Born-Oppenheimer échoue pour les interactions des atomes d'hydrogène avec les métaux, mais est valable pour les interactions avec le graphène. De façon intéressante, les interactions de l'hydrogène sur le graphène sont fortement influencées par le choix du substrat métallique sur lequel le graphène est développé. Cela fait de l'étude un sujet brûlant en raison du potentiel du graphène dans les applications grand public, des dispositifs médicaux aux ordinateurs.
Dans une autre présentation est cette session de science de surface, Arthur L. Utz de l'Université Tufts dans le Massachusetts et ses collègues décriront les résultats prometteurs d'une collaboration avec le Kroes Group de l'Université de Leiden, Pays-Bas, en utilisant une nouvelle approche informatique pour prédire la réactivité des molécules de méthane réagissant sur une surface de nickel propre.
Malgré des différences significatives dans la distribution de l'énergie, les calculs ultérieurs ont donné des prédictions chimiquement précises de la réactivité pour les molécules excitées thermiquement et à l'état vibratoire sélectionné, et même pour différentes structures de surface, une découverte prête à accélérer la découverte de matériaux.
L'approche de l'équipe permet aux chercheurs de prédire la fraction de molécules qui réagissent sur une surface catalytiquement active avec une précision bien supérieure à ce qui était possible dans le passé. Les résultats de cette recherche pourraient contribuer à accélérer la découverte de nouveaux matériaux.
