L'hydrogène à l'état de plasma. Crédit :Alchemist-hp
Une hypothèse courante en chimie est que le nombre de coordination de la surface d'un catalyseur détermine la réactivité de la réaction qu'il catalyse. Étonnamment, Des chimistes de l'Université de Leyde ont maintenant prouvé que ce n'est pas vrai pour la réaction chimique la plus simple de la nature :la dissociation de l'hydrogène. Les chercheurs ont réussi à mesurer les réactivités dites absolues de cette réaction, une première en science. Ils ont publié leurs conclusions dans Angewandte Chemie .
Arme secrète
Les catalyseurs sont largement utilisés dans notre vie quotidienne, comme le catalyseur au platine dans l'échappement de votre voiture. Cependant, on ne comprend souvent pas comment ils fonctionnent exactement. Le professeur Ludo Juurlink et son groupe tentent de changer cela et disposent d'une arme secrète pour le faire :une surface de platine incurvée. L'année dernière, cet équipement leur a valu deux publications dans des revues de premier plan :in Science ils ont finalement prouvé quel modèle théorique pour la réaction de l'hydrogène sur le platine est correct et en PNAS ils ont montré comment l'oxygène réagit sur le platine. Maintenant, les chimistes ont utilisé ce platine spécial pour bousculer une idée bien établie en chimie :la coordination.
Zoom sur un catalyseur
Pour expliquer cela, il faut d'abord observer la surface d'un catalyseur, c'est là que se produisent les réactions chimiques. Cette surface est constituée d'atomes – des atomes de platine dans cette étude – qui sont alignés d'une manière spécifique. Chaque atome a un numéro de coordination différent, indiquant combien d'autres atomes entourent cet atome particulier. Si nous prenons l'exemple de la réaction de l'hydrogène sur le platine, l'idée générale était la suivante :le nombre de coordination des atomes à la surface du platine détermine la réactivité vis-à-vis de l'hydrogène moléculaire.
Les trois types d'irrégularités. Crédit :Université de Leyde
L'équipe de Leiden a utilisé deux cristaux de platine incurvés pour tester cette hypothèse. "Parce que la surface du platine est courbée, la structure atomique change très progressivement le long de la surface, " explique le chef de groupe Juurlink. " Vous pouvez comparer cette structure à un escalier, dont les marches vers les bords deviennent de plus en plus étroites. Au milieu, ça ressemble plus à une salle de bal. » Mais pourquoi est-ce important ? La surface d'un catalyseur n'est pas plane et lisse, mais irrégulier, avec des marches et des plis. Et exactement à ces irrégularités, des réactions chimiques ont lieu. Avec la platine courbée, les chercheurs imitent cet effet, tout en sachant exactement combien d'étapes ou de plis chaque partie du cristal a. Cela a permis aux chimistes de mesurer la réactivité de l'hydrogène par rapport à la densité de marches ou de plis sur le platine.
Étapes et plis
"Nous avons identifié trois types d'irrégularités, " déclare la doctorante Sabine Auras, premier auteur de l'étude. "Il y a le type A, le type B, et le type coudé." Pour chaque type, elle mesurait les réactivités. Là où la surface a plus de marches ou plus de plis, la réactivité augmente. Jusque là, rien de nouveau sous le soleil. "Mais nous avons également constaté que cette augmentation est différente pour chaque type d'irrégularité. Et cette différence ne correspond pas à ce à quoi on pourrait s'attendre en termes de coordination." Au lieu, l'équipe a défini des sections efficaces pour l'interaction de l'hydrogène et des étapes ou plis, qui constituent un jalon important pour d'autres chercheurs dans le domaine.
Vision à long terme
Les fondements de cette publication en Angewandte Chemie ont été posées il y a cinq ans lorsque l'ancien Ph.D. Le candidat Dima Bashlakov a découvert quelque chose de spécial en étudiant un cristal de platine incurvé. "Je pense que nos recherches soutiennent l'idée que le financement de la science ne devrait jamais être axé sur une vision à court terme ou des résultats à court terme, " dit Juurlink. " Malheureusement, ce sont deux aspects qui semblent si courants dans les applications de recherche de nos jours. »
Auras ajoute :« Je comprends que nous avons une responsabilité envers la société. Mais avec un certain degré de liberté, que peut apporter un financement à long terme, nous pouvons obtenir des résultats vraiment uniques. Vous ne pouvez pas toujours diriger la science."
