Êtes-vous affecté par vos voisins? Il en va de même des nanoparticules dans les catalyseurs. Nouvelle recherche de l'Université de technologie Chalmers, Suède, publié dans les revues Avancées scientifiques et Communication Nature , révèle comment les voisins les plus proches déterminent le bon fonctionnement des nanoparticules dans un catalyseur.

"L'objectif à long terme de la recherche est de pouvoir identifier des super-particules, contribuer à des catalyseurs plus efficaces à l'avenir. Pour mieux utiliser les ressources qu'aujourd'hui, nous voulons également qu'autant de particules que possible participent activement à la réaction catalytique en même temps, " déclare Christoph Langhammer, responsable de la recherche au Département de physique de l'Université de technologie de Chalmers.

Imaginez un grand groupe de voisins réunis pour nettoyer une cour commune. Ils se mirent à leur travail, chacun contribuant à l'effort du groupe. Le seul problème est que tout le monde n'est pas également actif. Alors que certains travaillent dur et efficacement, d'autres se promènent, bavarder et boire du café. Si vous ne regardiez que le résultat final, il serait difficile de savoir qui a travaillé le plus, et qui s'est tout simplement détendu. Pour le déterminer, vous auriez besoin de surveiller chaque personne tout au long de la journée. Il en va de même pour l'activité des nanoparticules métalliques dans un catalyseur.

La chasse aux catalyseurs plus efficaces grâce à la coopération de bon voisinage

À l'intérieur d'un catalyseur, plusieurs particules affectent l'efficacité des réactions. Certaines particules dans la foule sont efficaces, tandis que d'autres sont inactifs. Mais les particules sont souvent cachées dans différents "pores, " un peu comme dans une éponge, et sont donc difficiles à étudier.

Pour pouvoir voir ce qui se passe réellement à l'intérieur d'un pore de catalyseur, les chercheurs de l'Université de technologie Chalmers ont isolé une poignée de particules de cuivre dans un nanotube de verre transparent. Lorsque plusieurs sont réunis dans le petit tuyau rempli de gaz, il devient possible d'étudier quelles particules font quoi, et quand, en conditions réelles.

Dans le tuyau, les particules entrent en contact avec un mélange gazeux entrant d'oxygène et de monoxyde de carbone. Lorsque ces substances réagissent entre elles à la surface des particules de cuivre, du dioxyde de carbone se forme. C'est la même réaction qui se produit lorsque les gaz d'échappement sont purifiés dans le convertisseur catalytique d'une voiture, sauf là, particules de platine, le palladium et le rhodium sont souvent utilisés pour décomposer le monoxyde de carbone toxique au lieu du cuivre. Mais ces métaux sont chers et rares, les chercheurs recherchent donc des alternatives plus économes en ressources.

"Le cuivre peut être un candidat intéressant pour l'oxydation du monoxyde de carbone. Le défi est que le cuivre a tendance à se modifier au cours de la réaction, et nous devons être en mesure de mesurer l'état d'oxydation d'une particule de cuivre lorsqu'elle est la plus active à l'intérieur du catalyseur. Avec notre nanoréacteur, qui imite un pore à l'intérieur d'un véritable catalyseur, ce sera désormais possible, " dit David Albinsson, Chercheur postdoctoral au Département de physique de Chalmers et premier auteur de deux articles scientifiques récemment publiés dans Avancées scientifiques et Communication Nature .

Quiconque a vu un vieux toit ou une statue en cuivre reconnaîtra comment le métal brun rougeâtre devient rapidement vert après un contact avec l'air et les polluants. Une chose similaire se produit avec les particules de cuivre dans les catalyseurs. Il est donc important de les faire travailler ensemble de manière efficace.

"Ce que nous avons montré maintenant, c'est que l'état d'oxydation d'une particule peut être dynamiquement affecté par ses voisins les plus proches au cours de la réaction. L'espoir est donc que nous puissions éventuellement économiser des ressources à l'aide d'une coopération de voisinage optimisée dans un catalyseur, " dit Christoph Langhammer, professeur au Département de physique de Chalmers.