Une équipe de chercheurs de l'Université du Minnesota, Université du Massachusetts Amherst, Université du Delaware, et l'Université de Californie à Santa Barbara ont inventé une technologie de catalyseur oscillant qui peut accélérer les réactions chimiques sans réactions secondaires ni erreurs chimiques. La technologie révolutionnaire peut être intégrée à des centaines de technologies chimiques industrielles pour réduire les déchets de milliers de tonnes chaque année tout en améliorant les performances et la rentabilité de la production de matériaux.

Cette recherche est publiée dans Sciences chimiques , le premier journal de la Royal Society of Chemistry.

Dans les réactions chimiques, les scientifiques utilisent ce qu'on appelle des catalyseurs pour accélérer les réactions. Une réaction chimique se produisant sur une surface de catalyseur telle qu'un métal s'accélérera plus rapidement que les réactions secondaires indésirables. Lorsque la réaction primaire est beaucoup plus rapide que toutes les autres réactions secondaires, alors le catalyseur est bon pour sélectionner les produits les plus précieux. Les réactions secondaires sont des erreurs de contrôle chimique, et ils entraînent une génération importante de déchets matériels et des pertes économiques.

Des chercheurs du Catalysis Center for Energy Innovation financé par le département américain de l'Énergie ont réalisé une percée lorsqu'ils ont réalisé qu'ils pouvaient concevoir une nouvelle classe de catalyseurs qui accéléraient considérablement les réactions de surface primaires à l'aide d'ondes. Lorsque la fréquence et l'amplitude de l'onde appliquée correspondent aux caractéristiques de la chimie primaire, alors cette réaction devient des milliers de fois plus rapide que toutes les autres réactions secondaires. Le catalyseur dans ces conditions d'onde arrête essentiellement de faire des erreurs aux produits secondaires.

"Toutes les réactions chimiques ont des fréquences naturelles, comme les cordes d'un piano ou d'une guitare, " a déclaré Paul Dauenhauer, l'auteur principal de l'étude et professeur au Département de génie chimique et de science des matériaux du Collège des sciences et de l'ingénierie de l'Université du Minnesota. "Lorsque nous trouvons la bonne fréquence d'une réaction catalytique souhaitée, alors le catalyseur devient presque parfait - les réactions inutiles s'arrêtent presque complètement."

La découverte a une importance particulière pour la production de produits chimiques clés dans l'énergie, matériaux, nourriture, et les industries médicales. Les produits chimiques les plus importants sont fabriqués à une échelle industrielle massive, de sorte que même les catalyseurs bien développés forment des produits secondaires, générant des milliers de tonnes de déchets par an.

Les chercheurs ont pu expliquer globalement la relation entre les différents types de chimies et les fréquences des ondes de surface qui contrôlent les erreurs du catalyseur.

"Une molécule sur une surface peut emprunter plusieurs voies énergétiques, mais le catalyseur oscillant peut contrôler presque complètement la voie choisie par la molécule, y compris empêcher les molécules de se déplacer le long de conduits d'énergie indésirables sur la surface du catalyseur, " a déclaré Alex Ardagh, le premier auteur du document de recherche et chercheur postdoctoral à l'Université du Minnesota.

La découverte de produits hautement sélectifs, Les catalyseurs sans erreur s'appuient sur le développement antérieur de la théorie catalytique dynamique développée par le même groupe. Les catalyseurs conventionnels qui présentent un contrôle optimal des réactions catalytiques ont des énergies de surface spécifiques à une chimie particulière. Cependant, les nouveaux catalyseurs dynamiques qui changent comme une vague, osciller l'énergie de liaison entre à la fois plus forte et plus faible que l'énergie de surface conventionnelle.

« La transition des catalyseurs conventionnels aux catalyseurs dynamiques sera aussi importante que le passage de l'électricité à courant continu à l'électricité à courant alternatif, " a déclaré le professeur Dionisios Vlachos, professeur à l'Université du Delaware et directeur du Catalysis Center for Energy Innovation. "Cela a le potentiel de changer complètement la façon dont nous fabriquons presque tous nos produits chimiques les plus basiques, matériaux, et les carburants."