Les catalyseurs sont omniprésents, que ce soit sous la forme d'une enzyme dans le corps qui digère les aliments ou du convertisseur catalytique dans la voiture qui décompose les polluants. Les catalyseurs jouent un rôle important pour rendre les réactions chimiques plus efficaces. Récemment, nanoclusters métalliques (NC) de précision atomique qui peuvent accélérer divers thermiques, électrochimique, et des réactions photochimiques ont été utilisées pour concevoir des catalyseurs utiles. Ces NC sont de minuscules particules (moins de 2 nanomètres) dont les propriétés peuvent être modifiées en changeant leur composition atomique. Les CN métalliques ont reçu une attention considérable, avec des scientifiques essayant de trouver diverses façons de synthétiser des CN avec des fonctions uniques.

Un moyen populaire de fabriquer des NC métalliques à précision atomique consiste à utiliser des ligands (molécules ou ions qui se fixent à un noyau métallique central). Ces ligands protègent non seulement les minuscules NC, mais affectent également leur réactivité chimique et leur sélectivité. Parfois, cependant, la réactivité est plus faible que prévu.

Pour augmenter l'activité catalytique des NC métalliques à ligand protégé, ils sont chauffés dans un four à haute température sans oxygène (un processus appelé "calcination") pour éliminer les ligands du cluster principal. Cependant, chauffer les particules à très haute température peut provoquer l'accumulation des NC, conduisant souvent à une diminution de la réactivité. "Lorsque les ligands sont éliminés sans traitement particulier, les NC métalliques s'agrègent facilement sur le support et perdent leurs propriétés granulométriques. Il est essentiel de comprendre le mécanisme de calcination du ligand pour créer des catalyseurs hétérogènes hautement fonctionnels dans des conditions appropriées, " déclare le professeur Yuichi Negishi de l'Université des sciences de Tokyo, Japon, qui fait des recherches sur la synthèse de nanoclusters.

Dans une nouvelle étude publiée dans Angewandte Chemie , Le professeur Negishi a dirigé une équipe de chercheurs, dont le professeur adjoint Tokuhisa Kawawaki, M. Yuki Kataoka, Mme Momoko Hirata, et M. Yuki Akinaga, pour approfondir le mécanisme du processus d'élimination du ligand dans les CN. Pour leurs expériences, les chercheurs ont synthétisé des NC d'or protégées par deux ligands, 2-phényléthanethiolate et l'acide mercaptobenzoïque puis les ont supportés sur un oxyde métallique photocatalytique. Prochain, l'équipe a chauffé le matériau préparé à différentes températures allant de 195 degrés C à 500 degrés C. Après chaque étape, ils ont analysé les produits en utilisant des techniques telles que la spectroscopie infrarouge, Spectroscopie photoélectronique par rayons X, et la microscopie électronique à transmission pour identifier les changements dans leur composition chimique.

Une fois les ligands complètement libérés, l'équipe a intégré les NC d'or dans une fine couche d'oxyde de chrome en irradiant l'échantillon avec de la lumière UV afin d'empêcher l'agrégation des NC. Ce processus a généré un photocatalyseur avec des propriétés utiles telles qu'une activité élevée de séparation de l'eau et une stabilité.

Ces résultats guident la conception des catalyseurs à base de métal NC à l'avenir, avec des applications dans la génération d'hydrogène pour les piles à combustible à hydrogène. "Avec nos recherches, nous espérons construire un propre, durable, société, une brique à la fois, " conclut le Pr Negishi.