Les scientifiques sont maintenant capables d'observer une transformation atomique jamais vue auparavant qui peut avoir lieu dans de nombreuses réactions catalytiques, grâce aux chercheurs de l'Université de Binghamton et du Brookhaven National Laboratory.

La nouvelle étude avait pour objectif d'en savoir plus sur certaines transformations catalytiques telles que la conversion du monoxyde de carbone (CO) toxique en gaz non toxiques comme le dioxyde de carbone (CO2). La réduction des polluants comme le CO peut être réalisée efficacement en utilisant des oxydes métalliques et/ou des métaux nobles pour faciliter la transformation. Les réactions redox, soit l'oxydation d'un métal, soit la réduction d'un oxyde métallique, créer l'interface métal/oxyde qui peut être les sites critiques pour améliorer la réactivité catalytique en raison des interactions synergiques à l'interface.

Cependant, visualiser le changement atomique tel qu'il se produit à l'interface métal/oxyde a traditionnellement été considéré comme impossible. Une flopée de problèmes compliqués, y compris des erreurs de préparation des échantillons et une incapacité à capturer le changement à l'interface enterrée et en temps réel, ont empêché les scientifiques d'étudier pleinement les atomes passant par l'oxydation ou la réduction.

"C'est tout simplement trop petit. Nous ne pouvons pas utiliser un microscope traditionnel. Avec l'échelle atomique, nous n'avons pas seulement besoin d'un microscope puissant, mais nous devons également nous assurer que chaque détail est couvert pour éviter la contamination. Même un atome déplacé pourrait changer ce que nous pouvons voir, ", a déclaré le professeur Guangwen Zhou de l'Université de Binghamton.

L'équipe a utilisé un microscope électronique à transmission (MET) pour l'étude, un outil qui existe depuis 1935 et qui a considérablement évolué ces dernières années avec l'incorporation de techniques de correction d'aberrations et de capacités environnementales. Les techniques de microscopie électronique in situ ont permis aux chercheurs de sonder directement le changement atomique induit par l'exposition de H2 à l'oxyde cuivreux, un matériau utilisé dans des environnements oxydants/réducteurs pour une variété d'applications, y compris l'oxydation catalytique du CO en CO2.

"La chose avec laquelle les scientifiques ont le plus lutté est d'observer la transformation in situ, " a déclaré Zhou. Voir le changement atomique in situ signifie que les chercheurs ont pu non seulement voir que la transformation s'était produite, mais regardez le processus tel qu'il s'est passé.

"Nous avons décidé de commencer par observer la réaction d'oxydoréduction car il s'agit d'une transformation si courante que les scientifiques n'avaient pas pu observer auparavant à une si petite échelle, ", a déclaré Zhou. "Nous prévoyons de poursuivre les pratiques que nous avons utilisées dans cette étude pour observer les différents types de transformations que subissent d'autres molécules."

L'étude, intitulé « Imagerie in situ à l'échelle atomique de la transformation interfaciale métal/oxyde, " a été publié dans le Communication Nature revue en ligne.