(Phys.org) - Les composés soufrés dans les carburants pétroliers ont rencontré leur correspondance nanostructurée. Des chercheurs de l'Université de l'Illinois ont développé des tapis de nanofibres d'oxyde métallique qui éliminent le soufre des carburants à base de pétrole beaucoup plus efficacement que les matériaux traditionnels. Une telle efficacité pourrait réduire les coûts et améliorer les performances de la catalyse à base de carburant, applications énergétiques avancées et élimination des gaz toxiques.

Co-dirigé par Mark Shannon, professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'U. of I. jusqu'à sa mort cet automne, et professeur de chimie Prashant Jain, les chercheurs ont présenté leur matériel dans le journal Nature Nanotechnologie .

Les composés soufrés dans les carburants posent des problèmes sur deux fronts :ils libèrent des gaz toxiques lors de la combustion, et ils endommagent les métaux et les catalyseurs dans les moteurs et les piles à combustible. Ils sont généralement éliminés à l'aide d'un traitement liquide qui adsorbe le soufre du carburant, mais le procédé est lourd et nécessite que le carburant soit refroidi et réchauffé, rendant le carburant moins économe en énergie.

Pour résoudre ces problèmes, les chercheurs se sont tournés vers les adsorbants d'oxydes métalliques solides, mais ceux-ci ont leurs propres défis. Pendant qu'ils travaillent à des températures élevées, éliminant le besoin de refroidir et de réchauffer le carburant, leurs performances sont limitées par des problèmes de stabilité. Ils perdent leur activité après seulement quelques cycles d'utilisation.

Des études antérieures ont montré que l'adsorption du soufre fonctionne mieux à la surface des oxydes métalliques solides, alors l'étudiant diplômé Mayank Behl, du groupe de Jain, et Junghoon Yeom, puis chercheur postdoctoral dans le groupe de Shannon, a cherché à créer un matériau avec une surface maximale. La solution :de minuscules grains de titanate de zinc filés en nanofibres, réunissant une grande surface, haute réactivité et intégrité structurelle dans un adsorbant de soufre haute performance.

Le matériau nanofibre est plus réactif que le même matériau en vrac, permettant une élimination complète du soufre avec moins de matière, permettant un réacteur plus petit. Le matériau reste stable et actif après plusieurs cycles. Par ailleurs, la structure fibreuse confère au matériau une immunité au problème du frittage, ou agglomérant, qui afflige d'autres catalyseurs nanostructurés.

"Nos fibres nanostructurées ne frittent pas, " a déclaré Jain. "La structure fibreuse s'adapte à tous les changements thermophysiques sans entraîner de dégradation du matériau. En réalité, dans les conditions d'exploitation, les nanobranches se développent à partir des fibres mères, l'amélioration de la surface pendant le fonctionnement."

Le groupe de Jain continuera à étudier les propriétés améliorées des structures de nanofibres, dans l'espoir d'acquérir une compréhension au niveau atomique de ce qui rend le matériau si efficace.

"Nous sommes intéressés à découvrir les sites atomiques à la surface du matériau où l'hydrogène sulfuré s'adsorbe, " dit Jaïn, qui est également affilié au Beckman Institute for Advanced Science and Technology de l'U. of I. « Si nous pouvons connaître l'identité de ces sites, nous pourrions concevoir un matériau adsorbant encore plus efficace. Les informations à l'échelle atomique ou nanométrique que nous tirons de ce système de matériaux pourraient être utiles pour concevoir d'autres catalyseurs dans les applications d'énergie renouvelable et d'élimination des gaz toxiques. »