Les catalyseurs sont essentiellement des boosters qui augmentent la vitesse d'une réaction chimique, et sont largement utilisés dans les domaines du raffinage du pétrole, conversion du charbon et du gaz naturel, et la production d'ammoniac, pour n'en nommer que quelques-uns. Les catalyseurs stimulent également la technologie émergente des batteries et des piles à combustible, qui est généralement (thermiquement ou électriquement) énergivore, nécessitant ainsi une catalyse pour réduire la température de réaction, pression, ou des surtensions électrochimiques.
Les catalyseurs à atome unique maximisent l'efficacité d'utilisation des métaux de chaque atome et offrent des performances supérieures, représentant la frontière de la catalyse. Atomes simples, cependant, sont généralement instables lorsqu'ils sont synthétisés à basse température (par exemple, moins de 1000K), et ont tendance à se réagréger en nanoparticules afin de minimiser l'énergie de surface. À cette fin, une équipe de recherche du département des sciences et de l'ingénierie des matériaux (MSE) de l'Université du Maryland (UMD) a développé une méthode de catalyse par ondes de choc à haute température, atteignant jusqu'à 3000K, qui est la moitié de la température du soleil - destiné à « ancrer » des atomes isolés sur le substrat, offrant une stabilité thermique supérieure.
L'équipe de recherche dirigée par le professeur MSE Liangbing Hu, ont publié leur étude dans Nature Nanotechnologie le 12 août. Yonggang Yao, Doctorat MSE Étudiant et membre de l'équipe de recherche du Dr Hu, a été l'auteur principal de l'article.
"Notre méthode est réalisée en utilisant un chauffage marche-arrêt périodique avec un état marche court (~ 1500K pendant 55 ms) et un état arrêt 10 fois plus long (température ambiante), " a déclaré Yao. " La température élevée fournit une énergie d'activation pour la dispersion des atomes en formant de fortes liaisons métal-défaut, tandis que l'état off assure de manière critique la stabilité globale."
Le chauffage Joule a été utilisé pour atteindre les marques de haute température, et l'équipe a confirmé la synthèse en utilisant la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) in situ. Cette technique peut être utilisée dans des réactions catalytiques telles que la conversion du méthane, qui convertit le gaz naturel en produits chimiques utiles tels que l'éthylène, l'éthane et le benzène.
"La méthode d'onde de choc rapportée est facile, ultrarapide et universel, qui ouvre une voie générale pour la fabrication d'un seul atome qui est conventionnellement difficile, " dit Hu.
