Des chercheurs australiens ont pu utiliser des traces de platine liquide pour créer des réactions chimiques bon marché et très efficaces à basse température, ouvrant la voie à des réductions spectaculaires des émissions dans des industries cruciales.

Lorsqu'il est combiné avec du gallium liquide, les quantités de platine nécessaires sont suffisamment faibles pour augmenter considérablement les réserves terrestres de ce précieux métal, tout en offrant potentiellement des solutions plus durables pour le CO₂ la réduction, la synthèse d'ammoniac dans la production d'engrais et la création de piles à combustible vertes, ainsi que de nombreuses autres applications possibles dans les industries chimiques.

Ces découvertes, qui se concentrent sur le platine, ne sont qu'une goutte d'eau dans l'océan des métaux liquides en ce qui concerne le potentiel de ces systèmes de catalyse. En développant cette méthode, il pourrait y avoir plus de 1 000 combinaisons possibles d'éléments pour plus de 1 000 réactions différentes.

Les résultats seront publiés dans la revue Nature Chemistry le lundi 6 juin.

Le platine est très efficace comme catalyseur (le déclencheur de réactions chimiques) mais n'est pas largement utilisé à l'échelle industrielle car il est cher. La plupart des systèmes de catalyse impliquant du platine ont également des coûts énergétiques élevés pour fonctionner.

Normalement, le point de fusion du platine est de 1 700 °C. Et lorsqu'il est utilisé à l'état solide à des fins industrielles, il doit y avoir environ 10 % de platine dans un système catalytique à base de carbone.

Ce n'est pas un ratio abordable lorsque l'on essaie de fabriquer des composants et des produits destinés à la vente commerciale.

Cela pourrait changer à l'avenir, cependant, après que des scientifiques de l'UNSW Sydney et de l'Université RMIT ont trouvé un moyen d'utiliser de petites quantités de platine pour créer des réactions puissantes, et sans coûts énergétiques élevés.

L'équipe, comprenant des membres de l'ARC Center of Excellence in Exciton Science et de l'ARC Center of Excellence in Future Low Energy Technologies, a combiné le platine avec du gallium liquide, qui a un point de fusion de seulement 29,8 °C, c'est-à-dire la température ambiante sur une température chaude. journée. Lorsqu'il est combiné avec du gallium, le platine devient soluble. En d'autres termes, il fond, et sans allumer un four industriel extrêmement puissant.

Pour ce mécanisme, un traitement à température élevée n'est nécessaire qu'au stade initial, lorsque le platine est dissous dans du gallium pour créer le système de catalyse. Et même dans ce cas, il ne fait qu'environ 300 °C pendant une heure ou deux, loin des températures élevées continues souvent requises dans le génie chimique à l'échelle industrielle.

L'auteur collaborateur, le Dr Jianbo Tang de l'UNSW, l'a comparé à un forgeron utilisant une forge à chaud pour fabriquer un équipement qui durera des années.

"Si vous travaillez avec du fer et de l'acier, vous devez le chauffer pour fabriquer un outil, mais vous avez l'outil et vous n'avez plus jamais à le chauffer", a-t-il déclaré.

"D'autres personnes ont essayé cette approche, mais elles doivent faire fonctionner leurs systèmes de catalyse à des températures très élevées tout le temps."

Pour créer un catalyseur efficace, les chercheurs devaient utiliser un rapport inférieur à 0,0001 platine/gallium. Et surtout, le système résultant s'est avéré plus de 1 000 fois plus efficace que son rival à semi-conducteurs (celui qui devait être environ 10 % de platine cher pour fonctionner)

Les avantages ne s'arrêtent pas là, car il s'agit d'un système à base de liquide, il est également plus fiable. Les systèmes catalytiques à semi-conducteurs finissent par se boucher et cesser de fonctionner. Ce n'est pas un problème ici. Comme une pièce d'eau avec une fontaine intégrée, le mécanisme liquide se rafraîchit constamment, autorégulant son efficacité sur une longue période de temps et évitant l'équivalent catalytique de l'écume d'étang qui s'accumule à la surface.

Le Dr Md. Arifur Rahim, l'auteur principal de l'UNSW Sydney, a déclaré :« À partir de 2011, les scientifiques ont pu miniaturiser les systèmes catalytiques jusqu'au niveau atomique des métaux actifs. Pour maintenir les atomes séparés les uns des autres, les systèmes conventionnels nécessitent des matrices solides (comme le graphène ou l'oxyde métallique) pour les stabiliser. J'ai pensé, pourquoi ne pas utiliser une matrice liquide à la place et voir ce qui se passe.

"Les atomes catalytiques ancrés sur une matrice solide sont immobiles. Nous avons ajouté de la mobilité aux atomes catalytiques à basse température en utilisant une matrice de gallium liquide."

Le mécanisme est également suffisamment polyvalent pour effectuer à la fois des réactions d'oxydation et de réduction, dans lesquelles l'oxygène est fourni ou retiré d'une substance respectivement.

Les expérimentateurs de l'UNSW ont dû résoudre quelques mystères pour comprendre ces résultats impressionnants. En utilisant une chimie et une modélisation computationnelles avancées, leurs collègues du RMIT, dirigés par le professeur Salvy Russo, ont pu déterminer que le platine ne devient jamais solide, jusqu'au niveau des atomes individuels.

Le Dr Nastaran Meftahi, chercheur en sciences d'Exciton, a révélé l'importance du travail de modélisation de son équipe RMIT.

"Ce que nous avons découvert, c'est que les deux atomes de platine n'ont jamais été en contact l'un avec l'autre", a-t-elle déclaré.

"Ils ont toujours été séparés par des atomes de gallium. Il n'y a pas de formation de platine solide dans ce système. Il est toujours dispersé atomiquement dans le gallium. C'est vraiment cool et c'est ce que nous avons trouvé avec la modélisation, qui est très difficile à observer directement par des expériences."

Étonnamment, c'est en fait le gallium qui effectue le travail de conduite de la réaction chimique souhaitée, agissant sous l'influence d'atomes de platine à proximité.

Le chercheur associé d'Exciton Science, le Dr Andrew Christofferson du RMIT, a expliqué à quel point ces résultats sont nouveaux :"Le platine est en fait un peu sous la surface et il active les atomes de gallium qui l'entourent. La magie se produit donc sur le gallium sous l'influence du platine. .

"Mais sans le platine là-bas, cela ne se produit pas. C'est complètement différent de toute autre catalyse que quelqu'un a montrée, à ma connaissance. Et c'est quelque chose qui n'a pu être démontré que par la modélisation." + Explorer plus loin

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