Des scientifiques du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie ont cartographié la dynamique du site actif d'un catalyseur en trois dimensions. Cette réalisation donne aux chercheurs de nouvelles perspectives sur le fonctionnement de ces catalyseurs, et les voies potentielles pour améliorer leur sélectivité et leur efficacité.

Les catalyseurs sont utilisés pour accélérer la vitesse des réactions chimiques et ont des milliers d'applications dans le raffinage du pétrole, production de biocarburants, préparation des aliments, produits pharmaceutiques et fabrication. Les humains utilisent des catalyseurs depuis des milliers d'années, bien plus longtemps que le concept n'a été compris et étudié par la science, qui a plus de 200 ans. Et malgré toute cette histoire, des mystères subsistent sur le fonctionnement exact des catalyseurs, avec des détails de niveau angström manquants dans l'image complète.

On pense qu'un élément clé du succès d'un catalyseur est sa capacité à changer sa conformation pour se mouler aux réactifs entrants, ce faisant, facilitant leur interaction et leur transformation chimique. Ce réarrangement dynamique est quelque peu similaire à la façon dont les polypes de corail attachés réagissent lorsque l'eau de l'océan fait couler des nutriments sur eux.

"Des recherches antérieures ont montré que la dynamique des catalyseurs a un impact important sur les performances catalytiques, " a déclaré le scientifique du laboratoire Ames Frederic Perras. " Pourtant, jusqu'à récemment, nous n'avions pas les capacités de les observer à ce niveau de détail. Avec les progrès récents des techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN), nous sommes en mesure d'obtenir une image beaucoup plus claire de ces mouvements au niveau atomique."

Dans cette recherche, les scientifiques ont comparé la dynamique structurelle d'un catalyseur à base de scandium sous sa forme cristalline à celle de la silice montée en surface en utilisant des techniques avancées de résonance magnétique nucléaire à l'état solide (SSNMR) et de polarisation nucléaire dynamique (DNP). Ces comparaisons, combinés par modélisation informatique, fourni un plus clair, compréhension plus détaillée de la façon dont les complexes supportés se déplacent dans l'espace tridimensionnel. Une conclusion clé de l'étude était que les simulations de dynamique moléculaire prédisaient plus de mouvements de grande amplitude que ceux observés expérimentalement, suggéré que la topologie de la surface peut elle-même restreindre ces mouvements. Des études complémentaires seront réalisées pour déterminer s'il est possible d'ajuster la dynamique d'un site catalytique en modifiant la topologie du support.

La recherche est discutée plus en détail dans l'article "Observer la dynamique tridimensionnelle des complexes métalliques supportés, " Publié dans Frontières de la chimie inorganique .