Les éléments qui composent le catalyseur de nanoparticules d'oxyde métallique. Crédit :Zhennan Huang
Reza Shahbazian-Yassar, professeur de génie mécanique et industriel à l'Université de l'Illinois à Chicago.
Shahbazian-Yassar et ses collègues ont facilité le développement d'un catalyseur de pointe « couteau de l'armée suisse » composé de 10 éléments différents, dont chacun a la capacité de réduire la température de combustion du méthane et de l'oxygène. Ce catalyseur unique peut réduire la température de combustion du méthane d'environ la moitié, de plus de 1400 degrés Kelvin à 600 à 700 degrés Kelvin.
Leurs découvertes sont publiées dans la revue Catalyse naturelle .
Dans des recherches déjà publiées, Shahbazian-Yassar et ses collègues ont démontré la capacité de créer des catalyseurs à nanoparticules multi-éléments, connus sous le nom d'alliages à haute entropie utilisant une technique d'onde de choc unique. Avant ça, les scientifiques des matériaux n'ont pas fait de tentatives sérieuses pour créer des nanoparticules à partir de plus de trois éléments en raison de la tendance des atomes de chaque élément à se séparer les uns des autres et à devenir inutiles.
Profitant du temps réel unique, système de microscopie électronique à haute température à l'UIC, L'équipe de Shahbazian-Yassar a montré que les nanoparticules à haute entropie composées de 10 oxydes métalliques étaient très stables à des températures allant jusqu'à 1, 073 degrés Kelvin et les éléments individuels ont été répartis uniformément dans chaque nanoparticule formant un seul, structure cristalline stable à l'état solide.
Leur alliage d'oxyde métallique contenait divers mélanges de métaux de transition, qui sont des éléments de terres rares, et métaux nobles plus oxygène.
"Il est presque impossible de maintenir un mélange parfait de ces éléments dans une phase solide en raison des différences de rayon atomique, structure en cristal, potentiel d'oxydation, et les propriétés électroniques des éléments, " a déclaré Zhennan Huang, un doctorat étudiant dans le laboratoire de Shahbazian-Yassar et co-premier auteur de l'article. "Mais nous avons pu montrer que c'est possible."
Reza Shahbazian-Yassar, professeur de génie mécanique et industriel à l'UIC College of Engineering et Zhennan Huang, un doctorat étudiant dans le laboratoire de Shahbazian-Yassar et co-premier auteur de l'article. Crédit :Jenny Fontaine/UIC
"Parmi de multiples alliages avec de multiples éléments que nous avons créés, les particules constituées de 10 éléments étaient non seulement les plus efficaces pour réduire le point de combustion du gaz méthane mais aussi les plus stables à ces températures, " dit Shahbazian-Yassar, qui est un auteur correspondant sur le papier.
Les chercheurs pensent que le catalyseur pourrait être utilisé pour réduire la production de gaz à effet de serre nocifs produits par la combustion de gaz naturel dans les ménages individuels, pour alimenter des turbines et même dans des voitures fonctionnant au gaz naturel comprimé.
