Des chercheurs de la Northwestern University ont développé une nouvelle méthode pour fabriquer des catalyseurs hautement souhaitables à partir de nanoparticules métalliques qui pourraient conduire à de meilleures piles à combustible, entre autres applications. Il s'agit d'une image de microscopie électronique à balayage en fausses couleurs de nanoparticules tétrahexaédriques. Crédit :Université Northwestern
Une équipe de recherche de la Northwestern University a développé une nouvelle méthode pour fabriquer des catalyseurs hautement souhaitables à partir de nanoparticules métalliques qui pourraient conduire à de meilleures piles à combustible, entre autres applications. Les chercheurs ont également découvert que la méthode peut prendre des catalyseurs usés et les recycler en catalyseurs actifs.
Composé principalement de métaux précieux, ces catalyseurs convoités ont la forme de pierres précieuses. Chaque particule a 24 faces différentes qui présentent des atomes à la surface de manière à les rendre plus catalytiquement actifs que ceux disponibles dans le commerce.
La méthodologie prend des précurseurs métalliques de base, et, utilisant de la chaleur et des oligo-éléments stabilisants, transforme rapidement leur forme en structures hautement actives catalytiquement. Les produits commerciaux tels que les piles à combustible, sources importantes d'énergie propre, reposent sur de tels catalyseurs.
La méthode est générale; l'étude montre qu'il fonctionne avec cinq nanoparticules monométalliques et une bibliothèque de nanoparticules bimétalliques, couvrant sept métaux différents, dont le platine, cobalt et nickel.
« Beaucoup de ces métaux précieux sont responsables de la catalyse de certaines des transformations chimiques les plus importantes utilisées dans la chimie, industries du pétrole et des piles à combustible, " a déclaré Chad A. Mirkin, le professeur de chimie George B. Rathmann au Weinberg College of Arts and Sciences, qui a dirigé la recherche.
"Nous pouvons non seulement préparer des catalyseurs commercialement souhaitables, mais nous pouvons recycler les catalyseurs de piles à combustible usés dans les formes les plus actives. Les catalyseurs se dégradent lentement avec le temps et changent, donc le fait que nous puissions récupérer et réactiver ces catalyseurs faits de matériaux coûteux est extrêmement précieux, " a déclaré Mirkin.
Des chercheurs de la Northwestern University ont mis au point une nouvelle méthode permettant de recycler les catalyseurs usés en catalyseurs actifs. Chaque particule a 24 faces différentes qui présentent des atomes à la surface de manière à les rendre plus catalytiquement actifs que ceux disponibles dans le commerce. Crédit :Université Northwestern
L'étude, qui comprend à la fois des simulations et des expériences, sera publié le 13 septembre dans la revue Science .
Les nouveaux catalyseurs sont appelés catalyseurs à nanoparticules à facettes à indice élevé, une forme optimale pour accélérer les réactions chimiques. L'équipe de Mirkin a découvert que leurs catalyseurs au platine étaient 20 fois plus rapides que la forme commerciale à faible indice pour la réaction d'électrooxydation de l'acide formique (basée sur la teneur en platine).
"Le platine sous forme de facettes à indice élevé est différent et meilleur que sous d'autres formes de nanoparticules, " a déclaré Chris Wolverton, co-auteur de l'étude et professeur Jerome B. Cohen de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern.
"Tout est question de chimie, " a ajouté Mirkin, qui est également directeur de l'Institut international de nanotechnologie de Northwestern.
Rangée du haut :trois images représentatives en microscopie électronique à balayage de particules de platine tétrahexaèdres enregistrées le long du [100], [110] et [111] directions cristallines. En bas :Une bibliothèque de nanoparticules tétrahexaédriques monométalliques et bimétalliques. Crédit :Université Northwestern
L'équipe multidisciplinaire de Mirkin comprend également Vinayak Dravid, le professeur Abraham Harris de science et génie des matériaux, chez McCormick.
La catalyse contribue à plus de 35% du produit intérieur brut mondial, selon l'American Chemistry Council. Les nouveaux catalyseurs peuvent être fabriqués en masse et sans l'utilisation de ligands, ce qui peut compromettre l'activité catalytique. Le processus qui peut à la fois créer de nouveaux catalyseurs et recycler les catalyseurs usés est rapide et évolutif.
Mirkin a déclaré que la technologie n'était peut-être pas loin d'être utilisée commercialement. "Ce type de technologie est prêt à être étendu et largement utilisé dans la communauté de la catalyse, " il a dit.
Les Science L'article s'intitule « Réglementation de la forme des nanoparticules à haut indice par désengagement ». Le premier auteur est Liliang Huang, un étudiant diplômé du laboratoire de Mirkin.
