L'utilité d'un catalyseur est influencée par sa charge de surface et la façon dont cette charge est transférée. Jusque récemment, l'étude du transfert de charge s'est appuyée sur des techniques d'imagerie complexes, coûteuses et chronophages. Des scientifiques de l'Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) rapportent une approche pour étudier le transfert de charge qui ne repose pas sur un équipement compliqué, simplifiant l'observation en temps réel de la catalyse.

L'équipe décrit une configuration expérimentale utilisant un minuscule catalyseur au ruthénium, un nanocluster, qui réagit avec l'oxygène de l'air lorsqu'il est chauffé à des températures élevées. Cette réaction d'oxydation est détectée par une structure de support attachée au catalyseur qui fournit une lecture en direct à un ordinateur. Le ruthénium peut être utilisé pour détecter l'acétone dans l'haleine, qui est un biomarqueur de divers états pathologiques, mais cette configuration a également une valeur plus large en démontrant exactement comment les catalyseurs facilitent une réaction.

"Essentiellement, la structure de support rapportée détecte un changement de courant, correspondant à une modification du nanocluster catalytique, " explique le Dr Alexander Porkovich, premier auteur de l'étude, Publié dans ACS Nano . "Dans ce cas, ce changement est un changement d'état d'oxydation lorsque le ruthénium réagit avec l'oxygène."

"Lors de l'étude des phénomènes de transfert de charge, nous nous intéressons à l'interface entre le catalyseur et le support et ce montage expérimental est idéal. Avec une interface aussi propre, nous pouvons être sûrs que nos données capturent avec précision la réaction d'oxydation en cours."

Cet article s'ajoute au corpus croissant de littérature mettant en lumière une activité catalytique cachée, prendre des observations in situ, ce qui permet à la réaction de se dérouler sans perturbation. Ces lectures, mesures dites chrono-conductométriques, constituent une évolution utile de la méthodologie, et ils sont complétés par d'autres approches pour valider le changement de structure du ruthénium, commande chimique, et la charge surfacique. Combiné, ces techniques fournissent une image complète et fiable de la mécanique de la réaction.

L'étude souligne également l'importance de la structure du nanocluster de ruthénium. Le ruthénium était lié au support dans deux configurations distinctes, chacun présentant une mécanique différente lorsqu'il réagit avec l'oxygène. Une structure réagit plus complètement avec l'oxygène, tandis que l'autre conserve un noyau inerte. Cela soulève d'autres questions sur l'impact de la structure du nanocluster sur la catalyse, et quelle conformation du ruthénium peut être mieux adaptée aux applications industrielles.

Comprendre les phénomènes de transfert de charge a également une utilité au-delà de la catalyse, dont l'étude des plasmons de surface employés en microscopie électronique, et les matériaux requis dans les appareils à énergie solaire. En explorant ces systèmes avec des in situ similaires, des mesures chrono-conductométriques pourraient éclairer davantage les processus industriels importants.