Étudier les processus catalytiques sur une seule nanoparticule à la fois, au lieu de plusieurs milliards simultanément comme c'était le cas auparavant, créera une compréhension unique et plus approfondie des réactions catalytiques sur les nanoparticules qu'il n'était possible auparavant - et elle jettera en même temps les bases d'une technologie énergétique et d'une synthèse chimique nouvelles et durables. C'est le point de départ d'un projet de recherche de cinq ans à l'Université de technologie de Chalmers qui a reçu près de 36 millions de couronnes suédoises de la Fondation Knut et Alice Wallenberg.
"Nous voulons produire un tout nouveau type de nanoréacteur où il est possible de contrôler le transport de liquide ou de gaz vers et depuis une seule nanoparticule, " dit Christoph Langhammer, professeur agrégé de physique chimique à Chalmers et l'un des sept chercheurs qui mèneront le projet.
Le nanoréacteur est constitué d'un canal scellable d'un diamètre inférieur à une centaine de nanomètres dans lequel une seule nanoparticule, dont la taille, la forme et la composition chimique ont été adaptées et analysées, sera enfermé. Lorsqu'un fluide contenant des molécules réactives est injecté à une extrémité du canal, il interagira avec la nanoparticule de catalyseur, et les molécules qui sont créées lors de cette réunion finiront par émerger de l'autre extrémité où elles pourront être analysées.
"Le caractère unique d'un nanocanal de ce type est qu'il collecte et contient le produit d'un processus catalytique qui a eu lieu sur une nanoparticule. Plus précisément, il concentre les molécules formées dans un volume suffisamment petit pour ne pas être dilué au point de ne plus être détectable. Ainsi, cela garantit également que nous savons vraiment que ce qui sort du canal doit s'être intégré à cette nanoparticule spécifique et que nous pouvons l'analyser. Cela crée également un lien direct avec les calculs de mécanique quantique, qui font partie intégrante du projet, car elles peuvent aujourd'hui également être réalisées à base d'une nanoparticule. Cela nous permettra ainsi de comparer les calculs des premiers principes d'une manière uniquement directe avec nos expériences."
Langhammer espère que d'ici cinq ans, l'équipe aura réussi à établir le nanoréacteur comme une toute nouvelle façon d'étudier les processus catalytiques. La compréhension fondamentale qui sera obtenue de cette manière peut ensuite être importante lors de la production de nouveaux matériaux pour créer une catalyse plus respectueuse de l'environnement des produits chimiques et des carburants industriels, ce qui, par exemple, peut réduire les émissions de dioxyde de carbone ou d'autres pollutions environnementales. Pour atteindre cet objectif à long terme, cependant, de nombreuses petites étapes doivent être franchies.
Constellation étrange
"Nous devons d'abord construire de nouveaux instruments et, par exemple, apprenez à capturer des nanoparticules individuelles synthétisées par voie humide à l'intérieur d'un nanocanal. C'est un défi majeur, et nous devrons apprendre de nos erreurs en cours de route. Le fait que nous ayons obtenu un financement pour cinq ans est essentiel, ainsi que la possibilité d'avoir un groupe assez important de chercheurs ayant une expertise dans différents domaines pour travailler ensemble vers les mêmes objectifs, " dit Langhammer.
Les autres membres de l'équipe sont Kasper Moth-Poulsen, Hanna Harelind, Anders Hellman, Fredrik Westerlund, Paul Erhart et Henrik Sundén, tout de la physique, départements de chimie ou de biologie de l'Université de technologie Chalmers, et qui ont tous environ 35-40 ans.
"Nous formons une étrange constellation dans ce contexte où les projets KAW sont généralement dirigés par des chercheurs seniors bien établis, " dit Christoph Langhammer. " Nous sommes, cependant, un groupe de personnes très motivées, des chercheurs assez jeunes qui travailleront en équipe pour mener des recherches de pointe et créer un nouveau paradigme expérimental en science de la catalyse. »
