Une nouvelle théorie développée par des scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley fournit une compréhension fondamentale de la manière dont la contrainte peut améliorer l’activité catalytique des matériaux. La théorie, publiée dans la revue Science Advances, pourrait aider les chercheurs à concevoir de nouveaux catalyseurs pour diverses réactions chimiques, notamment celles impliquées dans la production de carburants et de produits pharmaceutiques.

Les catalyseurs sont des matériaux qui accélèrent les réactions chimiques sans être consommés au cours du processus. Ils sont essentiels à un large éventail de processus industriels, notamment la production d’essence, de plastiques et d’engrais. Cependant, de nombreux catalyseurs sont coûteux et inefficaces, et peuvent également produire des sous-produits nocifs.

Une façon d’améliorer les performances des catalyseurs consiste à les mettre sous tension. Cela peut être fait en appliquant une pression, en étirant ou en tordant le matériau. Il a été démontré que les catalyseurs contraints sont plus actifs et sélectifs que les catalyseurs non contraints, mais on ne sait pas pourquoi.

La nouvelle théorie développée par les scientifiques de Berkeley fournit une explication fondamentale de l'activité catalytique accrue des matériaux soumis à des contraintes. La théorie montre que la contrainte modifie la structure électronique du catalyseur, le rendant plus réactif. Cette réactivité accrue permet au catalyseur d’accélérer plus efficacement les réactions chimiques.

Cette théorie pourrait aider les chercheurs à concevoir de nouveaux catalyseurs pour diverses réactions chimiques. En comprenant comment la contrainte affecte l’activité catalytique, les chercheurs peuvent adapter les propriétés des catalyseurs pour obtenir les résultats souhaités. Cela pourrait conduire au développement de catalyseurs plus efficaces et plus respectueux de l’environnement pour un large éventail de processus industriels.

"Notre théorie offre une nouvelle façon de penser la catalyse", a déclaré le Dr Jeffrey Greeley, auteur principal de l'étude. "Cela montre que la déformation n'est pas seulement un moyen d'améliorer les performances des catalyseurs existants, mais également un moyen de concevoir de nouveaux catalyseurs dotés d'une activité et d'une sélectivité sans précédent."

La théorie est basée sur la théorie fonctionnelle de la densité (DFT), une méthode largement utilisée pour étudier la structure électronique des matériaux. Des calculs DFT ont été effectués sur une variété de catalyseurs contraints et non contraints, et les résultats ont montré que la contrainte modifiait considérablement la structure électronique des matériaux. Ces changements dans la structure électronique ont ensuite été liés à l’activité catalytique accrue des matériaux contraints.

L’étude a été financée par le Département américain de l’énergie, Office of Basic Energy Sciences.