De nouvelles recherches montrent que certains minuscules catalyseurs envisagés pour les efforts d'assainissement de l'environnement à l'échelle industrielle peuvent être instables pendant le fonctionnement.

Des chimistes de l'Université de Waterloo ont étudié les structures de catalyseurs complexes appelés « électrocatalyseurs à l'échelle nanométrique » et ont découvert qu'ils ne sont pas aussi stables que les scientifiques le pensaient autrefois. Lorsque l'électricité les traverse pendant l'utilisation, les atomes peuvent se réarranger. Dans certains cas, les chercheurs ont trouvé, les électrocatalyseurs se dégradent complètement.

Comprendre pourquoi et comment ce réarrangement et cette dégradation se produisent est la première étape de l'utilisation de ces électrocatalyseurs à l'échelle nanométrique dans les efforts d'assainissement de l'environnement, tels que l'élimination du dioxyde de carbone atmosphérique et des contaminants des eaux souterraines et leur transformation en produits de plus grande valeur tels que les carburants.

"Les électrocatalyseurs actuels s'appuient sur des structures nanométriques complexes afin d'optimiser leur efficacité, " a déclaré Anna Klinkova, professeur au Département de chimie de Waterloo. "Ce que nous avons trouvé, cependant, est que les performances supérieures de ces nanomatériaux complexes se font souvent au prix de leur dégradation structurelle progressive, car il y a un compromis entre leur efficacité et leur stabilité.

Klinkova et son équipe ont découvert que le réarrangement des atomes dans le catalyseur dépendait du type de métal, forme structurelle, et les conditions de réaction du catalyseur.

Ils ont identifié deux raisons pour les réarrangements. Certaines petites molécules peuvent se fixer temporairement à la surface du catalyseur et réduire l'énergie nécessaire pour qu'un atome se déplace à travers la surface. Dans d'autres cas, des zones étroites à l'intérieur du catalyseur concentrent le courant de l'électron, provoquant le déplacement des atomes métalliques via un processus appelé électromigration.

L'électromigration a déjà été identifiée en microélectronique, mais c'est la première fois qu'il est connecté à des catalyseurs nanométriques.

Ces résultats établissent un cadre pour évaluer la stabilité structurelle et cartographier la géométrie changeante des catalyseurs à l'échelle nanométrique, ce qui est une étape importante pour concevoir de meilleurs catalyseurs à l'avenir.

"Ces effets structurels pourraient être utilisés comme l'une des règles de conception dans le développement futur des catalyseurs pour maximiser leur stabilité, ", a déclaré Klinkova. "Vous pouvez également induire délibérément la reconstruction d'une structure différente qui devient active au début de la réaction."

L'étude, "L'interaction des effets électrochimiques et électriques induit des transformations structurelles dans les électrocatalyseurs, " a été récemment publié dans la revue Catalyse naturelle.