Le méthane contenu dans le gaz de schiste peut être transformé en carburants hydrocarbonés à l'aide d'un catalyseur innovant en alliage de platine et de cuivre, selon de nouvelles recherches menées par l'UCL (University College London) et l'Université Tufts.

Le platine ou le nickel sont connus pour briser les liaisons carbone-hydrogène du méthane présent dans le gaz de schiste pour fabriquer des hydrocarbures et d'autres produits chimiques utiles. Cependant, ce processus provoque une "cokéfaction" - le métal est recouvert d'une couche de carbone le rendant inefficace en empêchant les réactions de se produire à la surface.

Le nouveau catalyseur en alliage est résistant à la cokéfaction, il conserve donc son activité et nécessite moins d'énergie pour rompre les liaisons que les autres matériaux.

Actuellement, les processus de reformage du méthane sont extrêmement intenses en énergie, nécessitant des températures d'environ 900 degrés Celsius. Ce nouveau matériau pourrait abaisser cela à 400 degrés Celsius, économie d'énergie.

L'étude, publié aujourd'hui dans Chimie de la nature , démontre les avantages du nouvel alliage de platine hautement dilué dans le cuivre - un alliage à un seul atome - dans la fabrication de produits chimiques utiles à partir de petits hydrocarbures.

Une combinaison d'expériences de science des surfaces et de catalyse et de puissantes techniques informatiques ont été utilisées pour étudier les performances de l'alliage. Ceux-ci ont montré que le platine brise les liaisons carbone-hydrogène, et le cuivre aide à coupler des molécules d'hydrocarbures de différentes tailles, ouvrant la voie à la conversion aux carburants.

Co-auteur principal de l'étude, Professeur Michail Stamatakis (UCL Génie Chimique), a déclaré : « Nous avons utilisé des superordinateurs pour modéliser le déroulement de la réaction - la rupture et la création de liaisons dans de petites molécules à la surface de l'alliage catalytique, et aussi de prédire ses performances à grande échelle. Pour ça, nous avions besoin d'accéder à des centaines de processeurs pour simuler des milliers d'événements de réaction."

Alors que les chercheurs de l'UCL ont tracé la réaction à l'aide d'ordinateurs, Les chimistes et ingénieurs chimistes de Tufts ont mené des expériences de science des surfaces et de microréacteur pour démontrer la viabilité du nouveau catalyseur - des atomes de platine dispersés dans une surface de cuivre - dans un cadre pratique. Ils ont découvert que l'alliage à un seul atome était très stable et ne nécessitait qu'une infime quantité de platine pour fonctionner.

Responsable d'étude, Le professeur Charles Sykes du département de chimie de l'école des arts et des sciences de l'université Tufts, dit :"Voir c'est croire, et notre microscope à effet tunnel nous a permis de visualiser comment les atomes de platine étaient arrangés dans le cuivre. Étant donné que le platine est supérieur à 1 $, 000 l'once, contre le cuivre à 15 centimes, une économie de coûts significative peut être réalisée."

Ensemble, l'équipe montre qu'il faut moins d'énergie à l'alliage pour aider à rompre les liaisons entre les atomes de carbone et d'hydrogène dans le méthane et le butane, et que l'alliage est résistant à la cokéfaction, ouvrir de nouvelles applications pour le matériau.

Co-auteur principal de l'étude, Distingué professeur Maria Flytzani-Stephanopoulos du Département de génie chimique et biologique de l'École d'ingénierie de l'Université Tufts, a déclaré : « Alors que les catalyseurs modèles dans les expériences scientifiques de surface sont essentiels pour suivre la structure et la réactivité à l'échelle atomique, il est passionnant d'étendre ces connaissances à des catalyseurs nanoparticulaires réalistes de compositions similaires et de les tester dans des conditions pratiques, visant à développer le catalyseur de la prochaine étape - l'application industrielle."

L'équipe prévoit maintenant de développer d'autres catalyseurs qui sont tout aussi résistants à la cokéfaction qui afflige les métaux traditionnellement utilisés dans ce processus et d'autres processus chimiques.