Les chimistes ont mesuré les effets du nanoconfinement en catalyse en suivant des molécules individuelles alors qu'elles plongent dans des "nanopuits" et réagissent avec les catalyseurs au fond.

Les puits de ces expériences ne mesurent en moyenne que 2,3 milliardièmes de mètre de large et environ 80 à 120 milliardièmes de mètre de profondeur. Ces minuscules canaux donnent accès à un catalyseur au platine pris en sandwich entre les noyaux solides et les enveloppes poreuses des sphères de silice. Et ils aident une équipe de chimistes à comprendre comment un tel nanoconfinement de catalyseurs affecte les réactions.

Les études antérieures des réactions se sont limitées à des travaux théoriques avec des modèles simplifiés et des expériences suivant une collection de molécules. Cette étude a permis de collecter des données sur une molécule unique car l'expérience a créé une molécule fluorescente qui pouvait être allumée, imagée et suivie - même en nanoconfinement.

"Cet effet de nanoconfinement n'est pas bien compris, surtout au niveau quantitatif, " a déclaré Wenyu Huang, professeur agrégé de chimie à l'Iowa State University et associé du laboratoire Ames du département américain de l'Énergie.

Un nouvel article récemment publié en ligne par la revue Catalyse naturelle rapporte que, dans ce cas, « la vitesse de réaction est significativement augmentée en présence de nanoconfinement, " ont écrit Huang et une équipe de co-auteurs.

Huang et Ning Fang, professeur agrégé de chimie à la Georgia State University à Atlanta, sont les principaux auteurs de l'article. Un trois ans, 550 $, 000 bourses de la National Science Foundation ont soutenu le projet.

Création du laboratoire d'État de l'Iowa de Huang, étudié et décrit les sphères multicouches et leurs nanopuits de longueur prescrite. Le laboratoire de Fang à Georgia State a utilisé la technologie d'imagerie laser et microscopique pour suivre les molécules et mesurer les réactions.

C'était un défi majeur pour les chercheurs. De telles mesures n'avaient jamais été prises expérimentalement "en raison des défis techniques apparemment insurmontables liés au suivi dynamique de molécules uniques dans des structures nanoporeuses complexes dans des conditions de réaction, " écrivent les chimistes dans leur journal.

Ils, cependant, a conçu une technique expérimentale qui a réussi à suivre plus de 10, 000 trajectoires moléculaires d'une réaction catalytique modèle. (La réaction impliquait une molécule appelée amplex rouge réagissant avec du peroxyde d'hydrogène à la surface de nanoparticules de platine pour générer une molécule de produit appelée résorufine, qui est une molécule hautement fluorescente.)

En plus de constater que le nanoconfinement augmentait la vitesse de réaction, les expériences ont montré qu'il y avait moins d'adhérence des molécules à la surface des nanoparticules de platine.

Maintenant qu'ils ont démontré leurs techniques expérimentales et tiré les premières conclusions, les chimistes envisagent d'étendre leur projet.

"Une fois que nous comprenons ce modèle, nous pouvons regarder des réactions plus compliquées, " dit Huang.

Et cela pourrait conduire à de meilleurs catalyseurs.

Comme les chimistes l'ont écrit dans leur article, « Ce travail ouvre la voie à la recherche pour différencier quantitativement, évaluer et comprendre les effets complexes du nanoconfinement sur les processus catalytiques dynamiques, guidant ainsi la conception rationnelle de catalyseurs hautes performances."