Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), en collaboration avec le laboratoire Ames du DOE, ont signalé un mécanisme de réaction important et inattendu, appelé "comportement redox", à la surface de matériaux de support de catalyseur qui ont des applications dans l'industrie chimique.

La plupart des catalyseurs industriels sont ancrés sur des supports d'oxydes métalliques tels que la silice, alumine ou zircone. Récemment, les oxydes métalliques sulfatés sont apparus comme un matériau de support prometteur pour les complexes catalytiques métalliques ("organométalliques") contenant du carbone. Ils sont également des matériaux catalytiques prometteurs à part entière, avec application aux procédés chimiques dans l'industrie pétrochimique.

En utilisant une combinaison de calculs théoriques et de mesures avec des techniques analytiques avancées, l'équipe de recherche a étudié les interactions entre un catalyseur organométallique à l'iridium et des matériaux de support composés d'alumine sulfatée et de zircone sulfatée. Ces interactions ont eu lieu au cours d'une réaction catalytique favorisée par les espèces organo-iridium avec les matériaux de support.

Grâce à des recherches antérieures, les scientifiques étaient au courant d'une voie de catalyse qui implique le don de protons à partir des oxydes métalliques sulfatés. L'équipe de recherche a découvert une deuxième voie, une réaction redox impliquant l'acceptation des électrons du complexe organométallique sur la surface de l'oxyde métallique sulfaté. Ils ont également découvert que certains sites sur la surface de l'oxyde métallique sulfaté qui avaient été donneurs de protons pouvaient être transformés en sites accepteurs d'électrons, modifiant ainsi le comportement chimique du catalyseur organométallique.

le chimiste d'Argonne Max Delferro, un auteur de l'étude, a commenté que « dans ce mécanisme d'oxydoréduction, notre matériau reprend sa routine chimique habituelle et la renverse - au lieu d'abandonner un proton, il gagne un électron."

L'apparition de l'isotope d'hydrogène deutérium dans le complexe organométallique a signalé l'apparition d'une réaction d'oxydoréduction qui n'avait pas été signalée auparavant. En outre, les chercheurs ont découvert que l'hydratation de la surface et la charge de sulfate dans le matériau de support jouent un rôle clé dans le processus redox.

Selon Delferro, la recherche fournit des informations à la communauté de la catalyse concernant le potentiel de mécanismes similaires pour former une partie importante des relations catalytiques, y compris ceux dans lesquels les surfaces de support agissent comme leur propre catalyseur. "Cette observation fournit une preuve de principe qu'un ensemble important de réactions se produit et ne doit pas être ignoré, " a déclaré le chercheur postdoctoral d'Argonne David Kaphan, autre auteur de l'étude.

L'étude, intitulé « Evidence for redox mécanismes in organométallique chimisorption et réactivité sur les oxydes métalliques sulfatés, " paru dans le numéro en ligne du 9 avril du Journal de l'American Chemical Society .