Une durée de vie plus longue, un catalyseur au platine à plus haute efficacité a été développé par une équipe dirigée par l'Université Dalhousie, un résultat aux implications majeures pour l'industrie automobile.

Les catalyseurs au platine aident à désactiver les gaz d'échappement toxiques des moteurs de voiture traditionnels. Le platine est également utilisé pour aider à conduire les réactions chimiques qui rendent possibles les piles à combustible à hydrogène à zéro émission, une technologie qui pourrait transformer les automobiles telles que nous les connaissons.

Le nouveau catalyseur combine l'or et le platine pour former ce qu'on appelle un catalyseur à un seul atome, résultant en une augmentation de près de 100 fois de l'efficacité par rapport aux catalyseurs au platine du marché, dit Peng Zhang, le professeur de Dalhousie qui a dirigé cette recherche.

Non seulement l'efficacité est améliorée au départ, mais il est maintenu pendant toute la durée de vie du catalyseur :normalement, un catalyseur au platine fonctionne moins bien avec le temps car les molécules de monoxyde de carbone se lient étroitement au platine et empêchent le platine de favoriser les réactions.

Les améliorations proviennent de deux propriétés :la structure à un seul atome, qui maximise la surface active du platine, et les propriétés électroniques uniques que l'ajout d'or pour créer un alliage aide à atteindre.

"La magie opère grâce à l'alliage. Pensez au fer :il rouille très facilement dans l'air, mais si vous avez un alliage de fer, comme l'inox, ses propriétés sont totalement différentes, " dit Zhang.

Par exemple, la fabrication d'un alliage or-platine empêche le catalyseur au platine de perdre son efficacité et de "s'empoisonner" au fil du temps. L'empoisonnement des catalyseurs est l'une des luttes majeures.

En effet, si deux atomes de platine sont côte à côte, alors le monoxyde de carbone de la réaction chimique se lie étroitement à eux, empoisonner le catalyseur et dégrader progressivement son efficacité. Lorsque les chercheurs s'assurent qu'il n'y a pas d'amas de platine dans un plus grand réseau d'or, l'effet d'empoisonnement disparaît.

L'équipe de Zhang a travaillé avec trois installations de sources lumineuses canadiennes à l'Université de la Saskatchewan pour comprendre et tester leurs catalyseurs alliés, en essayant diverses combinaisons et structures de platine et d'or.

"Les synchrotrons sont l'un des outils les plus puissants à étudier. Les alliages sont très difficiles à étudier avec des outils réguliers, comme il est difficile de distinguer les deux métaux l'un de l'autre, " dit Zhang. " Avec un synchrotron, vous pouvez facilement régler l'énergie pour ne prendre que le platine, et puis l'or."

Alors que les chercheurs réduisaient la teneur en platine de leur catalyseur, ils ont trouvé de grandes améliorations dans sa fonction, jusqu'à ce qu'ils finissent par tomber sur le modèle à un seul atome qui maximise la surface du platine et minimise l'empoisonnement.

Plus loin, l'équipe a découvert que la technique chimique simple utilisée pour préparer l'alliage entraînait une concentration globale d'atomes de platine plus élevée que les alliages typiques de près de 10 fois. Les alliages contiennent normalement de très faibles concentrations d'atomes simples, inférieur à 1%. L'équipe de Zhang a créé un alliage avec 7% d'atomes de platine unique.

Le travail n'est pas encore terminé, bien sûr. Zhang et son équipe ont construit ce premier alliage avec de l'or car il est très stable, ce qui le rend idéal pour tester de nouvelles idées. Mais bien sûr, comme le platine, l'or est très cher.

"L'or est une première étape pour montrer le concept. Nous voulons maintenant regarder d'autres, métaux moins chers, ce qui le rendra plus utilisable pour l'industrie, " dit Zhang.