Des scientifiques de l'Université Queen Mary de Londres ont trouvé un moyen de placer des catalyseurs à l'intérieur des pores les plus minuscules de différents matériaux hôtes, un peu comme lorsque les maquettes de bateaux sont dépliées à l'intérieur d'une bouteille.

Quand les matériaux sont confinés comme ça à une si petite échelle, et sans casser l'hostie, ils se comportent différemment de leur forme en vrac, un changement que les scientifiques appellent l'effet de confinement.

Dans le cas des catalyseurs, qui sont des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques, le confinement peut conduire à une activité plus élevée. Il garde les particules bien séparées, ce qui est essentiel pour éviter la perte de fonction en catalyse, et préserve leur surface très réactive.

De la même manière, lorsqu'un matériau est comprimé dans un petit espace, ses électrons ne sont pas libres de se déplacer aussi loin que d'habitude et la couleur d'émission de lumière du matériau pourrait changer – un effet qui pourrait être utilisé dans les microlasers.

Cette stratégie ouvre également la possibilité de matériaux multifonctionnels dans lesquels l'invité et l'hôte font des choses différentes séparément ou, parce que l'invité est confiné, les interactions entre l'hôte et l'invité peuvent produire de nouvelles propriétés.

Pour illustrer la démarche, les chercheurs ont utilisé des nanomatériaux poreux qui sont comme des éponges mais avec des poches de 1 nm à l'intérieur où d'autres molécules peuvent s'insérer. Cependant, le chargement de catalyseurs réactifs à l'intérieur d'un hôte nanoporeux est difficile car les conditions de réaction peuvent souvent détruire l'hôte.

L'étude, Publié dans Communication Nature , démontre un concept qui utilise la thermodynamique pour surmonter ces problèmes. Les chercheurs ont réalisé qu'ils pouvaient estimer la stabilité de l'hôte dans diverses conditions de réaction.

La recherche a été menée avec l'Université de Cambridge, Institut de physique chimique de Dalian (Académie chinoise des sciences), Université nationale de Singapour et Université de Nouvelle-Galles du Sud.

Chercheur principal Dr Stoyan Smoukov, de l'Université Queen Mary de Londres, a déclaré :« Nous avons eu quelques idées que le confinement pourrait changer les propriétés, en tant que tels, des changements ont été observés dans d'autres systèmes. La question était :y avait-il une manière générale d'essayer de guider les chercheurs afin qu'ils puissent synthétiser toutes sortes de grands invités avec diverses fonctions, comme les métaux, oxydes métalliques, sulfures, nitrures, sans détruire les hôtes ?"

À l'aide de diagrammes thermodynamiques, les chercheurs ont développé un concept appelé Pourbaix-Enabled Guest Synthesis (PEGS), où les conditions et les composés précurseurs peuvent être choisis pour ne pas détruire les hôtes. Ils comprennent un système de didacticiels qui montre comment créer une grande variété de nouveaux composés combinés invité/hôte.

Auteur co-correspondant, Professeur Qiang Fu, de l'Institut de physique chimique de Dalian (Académie chinoise des sciences), a ajouté :« D'un point de vue pratique, l'approche PEGS relie la chimie des matériaux à la conception de matériaux fonctionnels pour des applications telles que la catalyse hétérogène. Les nanostructures d'oxyde confiné obtenues par la méthode PEGS dans ce travail peuvent présenter des performances catalytiques améliorées, ce qui est d'une grande importance pour la conception de catalyseurs à base d'oxydes avancés."

L'un des auteurs principaux, Tiesheng Wang, de l'Université de Cambridge, a déclaré:"L'impact à venir peut être énorme. Étant donné que la théorie quantique décrit la nature à des échelles atomiques à subatomiques, le travail qui aide à atteindre de nouveaux états confinés à petite échelle peut contribuer à la fondation pour explorer le monde quantique expérimentalement. »