En étudiant les matériaux jusqu'au niveau atomique, chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont trouvé un moyen de rendre les catalyseurs plus efficaces et respectueux de l'environnement. Les résultats ont été publiés dans Communication Nature . Les procédés peuvent être utilisés pour améliorer de nombreux types de catalyseurs différents.

Les catalyseurs sont des matériaux qui provoquent ou accélèrent des réactions chimiques. Pour la plupart d'entre nous, notre première pensée est probablement des convertisseurs catalytiques dans les voitures, mais les catalyseurs sont utilisés dans un certain nombre de domaines de la société - il a été estimé que les catalyseurs sont utilisés dans la fabrication de plus de 90 pour cent de tous les produits chimiques et carburants. Peu importe comment ils sont utilisés, les catalyseurs fonctionnent selon des processus atomiques complexes. Dans la nouvelle étude de l'Université de technologie Chalmers, les chercheurs en physique ont combiné deux approches pour ajouter une nouvelle pièce au puzzle du catalyseur. Ils ont utilisé avancé, microscopie électronique à haute résolution et nouveaux types de simulations informatiques.

"C'est fantastique que nous ayons réussi à repousser les limites et à atteindre une telle précision avec la microscopie électronique. Nous pouvons voir exactement où et comment les atomes sont disposés dans la structure. En ayant une précision au picomètre, c'est-à-dire une précision jusqu'au centième du diamètre d'un atome – on peut à terme améliorer les propriétés du matériau et donc les performances catalytiques, " dit Torben Nilsson Pingel, chercheur au Département de physique de Chalmers et l'un des auteurs de l'article scientifique.

A travers ce travail, lui et ses collègues ont réussi à montrer que les changements au niveau du picomètre dans l'espacement atomique dans les nanoparticules métalliques affectent l'activité catalytique. Les chercheurs ont examiné des nanoparticules de platine à l'aide de microscopes électroniques sophistiqués dans le laboratoire d'analyse des matériaux de Chalmers. Avec le développement de la méthode par Andrew Yankovich, les chercheurs ont pu améliorer la précision et peuvent même maintenant atteindre une précision sub-picométrique. Leurs résultats ont maintenant de larges implications.

"Nos méthodes ne se limitent pas à des matériaux spécifiques, mais reposent plutôt sur des principes généraux pouvant être appliqués à différents systèmes catalytiques. Comme nous pouvons mieux concevoir les matériaux, nous pouvons obtenir à la fois des catalyseurs plus économes en énergie et un environnement plus propre, " dit Eva Olsson, Professeur au Département de physique de Chalmers.

Les travaux ont été réalisés dans le cadre du Centre de Compétences Catalyse de Chalmers. Afin d'étudier comment de petits changements dans l'espacement atomique affectent réellement le processus catalytique, Mikkel Jørgensen et Henrik Grönbeck, doctorat respectivement étudiant et professeur au Département de physique, réalisé des simulations informatiques avancées au centre national de calcul, situé à Chalmers. En utilisant les informations du microscope, ils ont pu simuler exactement comment le processus catalytique est affecté par de petits changements dans les distances atomiques.

« Nous avons développé une nouvelle méthode pour faire des simulations de processus catalytiques sur des nanoparticules. Puisque nous avons pu utiliser des valeurs réelles dans notre modèle de calcul, nous pouvons voir comment la réaction peut être optimisée. La catalyse est un domaine technologique important, Ainsi, chaque amélioration est une avancée valable, tant sur le plan économique qu'environnemental, " dit Henrik Grönbeck.

L'article, "Influence de la contrainte spécifique au site atomique sur l'activité catalytique des nanoparticules supportées, " a été publié dans Communication Nature .