Une équipe de chimistes et de physiciens de l'Université d'Utrecht a réussi à concevoir un nouveau type de catalyseur. En combinant deux métaux avec une précision atomique, ils ont créé un matériau catalytique très efficace. L'équipe, dirigé par Prof. Petra de Jongh (Chimie) et Prof. Alfons van Blaaderen (Physique), publient leurs conclusions dans Matériaux naturels aujourd'hui.

Nanoparticules

Les catalyseurs impactent fortement notre société. Environ 90 % de tous les procédés chimiques industriels utilisent un catalyseur pour accélérer les conversions chimiques. Ces catalyseurs contiennent généralement de minuscules particules métalliques, appelées nanoparticules, qui sont environ 10, 000 fois plus petit que la largeur d'un cheveu humain. La structure et la composition de ces nanoparticules déterminent la qualité du catalyseur. Même de petits changements dans ces nanoparticules peuvent entraîner de grandes différences de performances, posant ainsi des implications économiques et environnementales importantes pour notre société.

Catalyseurs bimétalliques :quand deux valent mieux qu'un

"Un développement important dans l'amélioration des performances des matériaux catalytiques est de passer des catalyseurs classiques constitués d'un seul métal à des catalyseurs bimétalliques dans lesquels deux métaux différents sont combinés, " explique Petra de Jongh. Ces catalyseurs bimétalliques fonctionnent mieux, mais aussi donner lieu à de nouveaux défis. « Le défi est qu'avec les techniques conventionnelles, vous avez peu de contrôle sur la structure des nanoparticules, résultant en des particules avec des quantités variables des deux métaux, et différentes formes et tailles, entravant gravement l'efficacité de ces catalyseurs bimétalliques. » Concevoir des catalyseurs bimétalliques avec une précision atomique était un objectif clé pour Jessi van der Hoeven, un doctorat candidate qui a effectué ses recherches en deux groupes au Debye Institute for Nanomaterials, supervisé conjointement par De Jongh (Chimie) et Van Blaaderen (Physique).

Organiser les atomes dans une conception core-shell

Van der Hoeven a trouvé un moyen de combiner deux métaux, or et palladium, dans une nanoparticule structurée cœur-écorce tout en contrôlant le nombre de couches d'atomes de palladium. Ces nouveaux catalyseurs ont été testés dans l'hydrogénation sélective du butadiène, un processus crucial dans la purification de la matière première pour la fabrication des plastiques. De Jongh note, « Nous étions très heureux de voir qu'avec cette conception noyau-coque, nous fabriquions des catalyseurs jusqu'à 50 fois supérieurs à ceux constitués uniquement d'or ou de palladium. ou un mélange aléatoire des deux."

Van der Hoeven ajoute, « À notre grande surprise, nous avons également observé que non seulement le type d'atomes à la surface de la nanoparticule a un impact sur les performances, mais que la nature des atomes dans les couches sous la surface est également importante. co-auteurs de la publication, ils ont étudié cet effet en détail.

Beaucoup de place en bas

Bien que les catalyseurs cœur-coquille or-palladium actuels aient dépassé leurs attentes, les auteurs sont convaincus qu'il existe encore de nombreuses possibilités d'amélioration. "Nous n'en sommes qu'au début, " commente van Blaaderen. " Maintenant que nous savons comment organiser les atomes dans les nanoparticules, la variété de structures et de combinaisons de métaux que nous pouvons explorer est énorme. » Leur rêve pour l'avenir est de continuer à construire des matériaux catalyseurs de bas en haut, inspiré du physicien Richard Feynman, qui a déjà prédit qu'« il y a beaucoup de place au fond » pour que l'humanité construise des matériaux atome par atome. Ou dans ce cas, couche par couche.