Figure de gauche : Les molécules d'oxygène s'approchent de la surface du catalyseur à faible vitesse. Les étapes à la surface dispersent les molécules dans un état «physisorbé» faiblement lié. De là, les molécules peuvent facilement trouver leur chemin vers un site où elles se lient chimiquement et se dissocient finalement. Sur les terrasses atomiquement plates, la diffusion dans la phase gazeuse est beaucoup plus probable. Parce que l'état physisorbé est faiblement lié, il ressemble fortement à la molécule en phase gazeuse. À la fois, la molécule peut tourner. Le processus de diffusion ne dépend donc pas de l'alignement initial de la molécule. Figure de droite :à haute vitesse incidente, L'O2 peut être directement adsorbé dans un état chimiquement lié. Aux terrasses, les molécules que les hélicoptères ont plus de chances de lier que celles qui « carthweel ». Seulement aux marches, les molécules faisant la roue sont sensibles à l'alignement. Les molécules qui tournent le long du bord des marches (rotation vert foncé) adhèrent plus facilement au bord que celles qui tournent contre le bord (rotation vert clair). Crédit :Université de Leyde
Le platine est un catalyseur largement utilisé, mais son mécanisme précis reste en grande partie un mystère pour les scientifiques. Ludo Juurlink a maintenant démontré pour la première fois comment l'oxygène réagit à la surface du platine. Avec Ph.D. étudiants Kun Cao et Richard van Lent et collègues internationaux, il a publié ses découvertes dans PNAS .
Plus tôt cette année, Juurlink a résolu un problème de chimie vieux de 40 ans, avec Richard van Lent et l'institut DIFFER. En utilisant une surface de platine incurvée unique, il a prouvé comment l'hydrogène réagit sur le platine. Dans ses recherches actuelles, il a de nouveau utilisé le platine courbé, cette fois en étudiant la réaction avec l'oxygène.
Cela a conduit à une découverte intéressante. Juurlink et ses collègues ont observé que l'oxygène réagit sur le platine d'une manière différente de l'hydrogène beaucoup plus léger. Le platine incurvé était à nouveau crucial pour cette découverte. "Parce que la surface du platine est courbée, la structure atomique change très progressivement le long de la surface, " explique Juurlink. Cette structure peut être comparée à un escalier dont les marches deviennent de plus en plus étroites vers les bords. Au milieu, la surface ressemble plus à une salle de bal."
La réactivité de l'hydrogène s'est avérée dépendre de la proximité des étapes du catalyseur entre elles. C'est aussi le cas de l'oxygène, mais pour une raison fondamentalement différente. "Les étapes ont un effet différent sur l'oxygène que sur l'hydrogène."
Selon Juurlink, cela a principalement à voir avec la plus grande masse d'oxygène. "Parce que l'oxygène est plus lourd que l'hydrogène, l'interaction avec la surface du platine commence à une plus grande distance, " dit-il. " La molécule d'oxygène ressent déjà l'interaction avec le platine, mais je ne peux pas encore voir les détails. Par conséquent, la réaction a lieu d'une manière différente qu'avec l'hydrogène."
Pour l'expérimentation, il fallait contrôler le sens de rotation des molécules d'oxygène. Cela nécessitait une coopération avec un collègue japonais, Mitsunori Kurahashi, qui a construit un appareil unique à cet effet. "L'année dernière, J'ai eu l'occasion d'effectuer des mesures dans son laboratoire pendant deux semaines grâce à une bourse de l'institut où travaille Kurahashi, " dit Juurlink.
"C'est une belle découverte fondamentale, conclut Juurlink, ce qui peut également avoir un impact sur les applications existantes. La réaction de l'oxygène au platine est essentielle dans le secteur de l'énergie durable et dans l'amélioration de la qualité de l'air. "Par exemple, la réaction a lieu dans les piles à combustible à hydrogène et dans les systèmes d'échappement des voitures, " dit le chimiste. " Le fait que nous puissions maintenant mesurer comment la réaction se déroule à un niveau aussi détaillé, pose des défis aux modèles théoriques qui décrivent cette réaction chimique et font des prédictions à ce sujet."
