Inspiré par la disparition des espèces de métaux de transition en surface sur un substrat en aluminium lors du recuit, le groupe de recherche de Zhenpeng Hu (École de physique, Université de Nankai) a effectué des calculs de densité fonctionnelle (DFT). Certains métaux du bloc D présentent une tendance à l'auto-dispersion et à l'affaissement et peuvent être bien stabilisés dans la région souterraine de l'aluminium monocristallin.

Une nouvelle étude sur ce sujet dirigée par le professeur Landong Li (Collège de chimie, Université de Nankai), le professeur Zhenpeng Hu et le professeur Fan Yang (École des sciences physiques et technologiques, Université ShanghaiTech) apparaît dans National Science Review .

Selon les résultats de leurs calculs, Landong Li et Fan Yang ont commencé à rechercher des preuves solides sur la structure du système métallique unique (M/Al) et le transfert d'électrons entre les métaux de transition et le substrat en aluminium par microscopie à effet tunnel (STM).

En règle générale, on constate que le palladium et le rhodium se localisent exclusivement dans la région souterraine des monocristaux d'Al (001) et d'Al (111) sous forme d'atomes isolés, avec un transfert d'électrons distinct du palladium ou du rhodium vers les atomes d'aluminium adjacents.

L’équipe de recherche a ensuite effectué des prédictions DFT sur les propriétés catalytiques du M/Al dans plusieurs réactions importantes, telles que la semi-hydrogénation de l’acétylène et l’hydroformylation du propylène. Ils ont découvert que les propriétés catalytiques intrinsèques du palladium et du rhodium peuvent être transmises à la couche d'aluminium inerte la plus externe, dérivant ainsi des systèmes M/Al catalytiquement actifs, bien que les atomes de palladium et de rhodium soient complètement enfouis dans le monocristal d'aluminium et inaccessibles aux substrats de réaction.

Guidée par des prédictions théoriques et des observations scientifiques des surfaces, l'équipe a finalement construit de véritables systèmes métalliques du groupe principal contenant des centres métalliques de transition enfouis, montrant les performances catalytiques attendues dans les réactions de semi-hydrogénation des alcynes, d'hydroformylation des oléfines et de couplage de Suzuki. Ces résultats confirment en outre que les propriétés catalytiques des métaux de transition enfouis peuvent être transférées aux métaux du groupe principal catalytiquement inertes exposés, c'est-à-dire la catalyse conductrice.

Ce concept pourrait fournir une protection efficace des centres actifs traditionnels contre l'empoisonnement ou la lixiviation par la couche conductrice, contrairement aux systèmes supportés traditionnels. Plus important encore, il est proposé que les propriétés catalytiques des métaux de transition enfouis puissent être régulées avec précision ou complètement modifiées lors du passage à travers la couche conductrice.