Fig. 1a) Série d'images TEM in situ; Fig. 1b) performances catalytiques ; Fig. 1c) illustration schématique Crédit :LIU Wei
Pendant des années, les particules structurées noyau-enveloppe ont été reconnues comme des catalyseurs bien conçus qui peuvent faciliter l'activité de réaction en raison de leur synergie distincte à l'interface.
Récemment, en utilisant une combinaison de méthodes in situ, Le Dr Liu Wei et ses collègues de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences ont découvert que la configuration noyau-enveloppe d'un catalyseur Ni-Au avait été perdue pendant la réaction réelle et récupérée par la suite. L'alliage Ni-Au en tant que surface active réelle ne peut être observé que par microscopie in situ. Les résultats ont été publiés dans Catalyse naturelle .
Les nanoparticules métalliques supportées peuvent changer de taille, structure, et composition de surface active dans des conditions de réaction, fonctionnant ainsi différemment que prévu.
Quant aux nanoparticules cœur-écorce, l'un des catalyseurs hétérogènes les plus populaires, il est admis que leurs propriétés catalytiques découlent de la synergie de l'électronique et de la géométrie entre le cœur et la couche enveloppe.
Cependant, le manque de preuves directes in situ visualisant la coordination/l'arrangement atomique localisé au cours de réactions réelles entrave notre compréhension du mécanisme structure-activité réel et de la fonctionnalité cœur-coquille.
Les chercheurs du DICP ont décrit la surface catalytique réelle d'un catalyseur bimétallique Ni-Au. Sans caractérisation in situ, il n'a montré aucune différence par rapport à toute autre catalyse cœur-coquille rapportée. Sa haute sélectivité en CO (> 95%) (Fig. 1b) pourrait être attribué à la coquille d'Au ultra-mince (environ deux atomes d'épaisseur) bien contrôlée, puisqu'un catalyseur au nickel produit toujours du méthane.
Cependant, en utilisant la microscopie électronique à transmission environnementale pour visualiser directement le processus dynamique au niveau atomique (Fig. 1a), les chercheurs ont révélé que la structure noyau-enveloppe n'a rien contribué à la réactivité car le noyau-enveloppe Ni-Au s'est transformé cinétiquement en un alliage Ni-Au pendant la réaction et est revenu considérablement à la configuration noyau-enveloppe après la réaction (Fig. 1c) .
Cette découverte a été bien étayée par les résultats de plusieurs techniques in situ, y compris la spectroscopie synchrotron à rayons X et la spectroscopie infrarouge ainsi que des simulations théoriques.
Cette découverte concernant les nanoparticules cœur-coquille bouleverse notre compréhension conventionnelle. Par conséquent, les chercheurs peuvent commencer à se demander si les catalyseurs cœur-coquille sont vraiment dans une structure cœur-coquille dans des conditions de travail ou non. La découverte de cette transformation cachée indique également que les efforts pour synthétiser des structures noyau-enveloppe peuvent être inutiles dans certaines réactions.
