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Les scientifiques ont créé un nouveau type de catalyseur qui conduira à de nouveaux, manières durables de fabriquer et d'utiliser des molécules et protéger l'approvisionnement en métaux précieux.
Une équipe de recherche de l'Université de Nottingham a conçu un nouveau type de catalyseur qui combine des caractéristiques que l'on pensait auparavant s'exclure mutuellement et a développé un processus pour fabriquer des nanoclusters de métaux à l'échelle de la masse.
Dans leurs nouvelles recherches, publié aujourd'hui dans Communication Nature , ils démontrent que le comportement des nanoclusters de palladium n'est pas conforme aux caractéristiques orthodoxes qui définissent les catalyseurs comme homogènes ou hétérogènes.
Traditionnellement, les catalyseurs sont divisés en homogène, lorsque les centres catalytiques sont intimement mélangés avec des molécules réactives, et hétérogène, où les réactions ont lieu à la surface d'un catalyseur. D'habitude, les chimistes doivent faire des compromis lors du choix d'un type ou d'un autre, comme les catalyseurs homogènes sont plus sélectifs et actifs, et les catalyseurs hétérogènes sont plus durables et réutilisables. Cependant, les nanoamas d'atomes de palladium semblent défier les catégories traditionnelles, comme démontré par l'étude de leur comportement catalytique dans la réaction de cyclopropanation du styrène.
Les catalyseurs permettent à près de 80 % des processus chimiques industriels de fournir les ingrédients les plus vitaux de notre économie, depuis les matériaux (tels que les polymères) et les produits pharmaceutiques jusqu'aux produits agrochimiques, y compris les engrais et la protection des cultures. La forte demande de catalyseurs signifie que les approvisionnements mondiaux de nombreux métaux utiles, y compris l'or, platine et palladium, s'épuisent rapidement. Le défi est d'utiliser chaque atome à son potentiel maximum. L'exploitation des métaux sous forme de nanoclusters est l'une des stratégies les plus puissantes pour augmenter la surface active disponible pour la catalyse. De plus, lorsque les dimensions des nanoclusters dépassent l'échelle nanométrique, les propriétés du métal peuvent changer radicalement, conduisant à de nouveaux phénomènes autrement inaccessibles à l'échelle macroscopique.
L'équipe de recherche a utilisé des techniques d'analyse et d'imagerie pour sonder la structure, dynamique, et les propriétés chimiques des nanoclusters, pour révéler le fonctionnement interne de ce catalyseur inhabituel au niveau atomique.
La découverte de l'équipe détient la clé pour libérer tout le potentiel de la catalyse en chimie, menant à de nouvelles façons de fabriquer et d'utiliser des molécules de la manière la plus efficace et la plus résiliente en énergie.
La recherche a été dirigée par le Dr Jesum Alves Fernandes, Boursier de recherche Propulsion Futures Beacon Nottingham de l'École de chimie, il a dit :« Nous utilisons le moyen le plus direct pour fabriquer des nanoclusters, en expulsant simplement les atomes du métal en vrac par un faisceau d'ions rapides d'argon, une méthode appelée pulvérisation magnétron. D'habitude, ce procédé est utilisé pour réaliser des revêtements ou des films, mais nous l'avons réglé pour produire des nanoclusters métalliques qui peuvent être déposés sur presque toutes les surfaces. Surtout, la taille du nanocluster peut être contrôlée précisément par des paramètres expérimentaux, d'un seul atome à quelques nanomètres, afin qu'un réseau de nanoclusters uniformes puisse être généré à la demande en quelques secondes. »
Dr Andreas Weilhard, un chercheur postdoctoral de Green Chemicals Beacon dans l'équipe a ajouté :« Les surfaces des amas métalliques produites par cette méthode sont complètement « nues », et donc très actif et accessible pour les réactions chimiques conduisant à une activité catalytique élevée."
Professeur Peter Licence, directeur du GSK Carbon Neutral Laboratory à l'Université de Nottingham a ajouté :« Cette méthode de fabrication de catalyseur est importante non seulement parce qu'elle permet l'utilisation la plus économique des métaux rares, mais il le fait de la manière la plus propre, sans aucun besoin de solvants ou de réactifs chimiques, générant ainsi de très faibles niveaux de déchets, qui est un facteur de plus en plus important pour les technologies chimiques vertes."
L'Université est sur le point de se lancer dans un projet à grande échelle pour étendre ce travail avec des recherches qui conduiront à la protection des éléments en danger.
Professeur Andrei Khlobystov, chercheur principal du MASI, a déclaré : « Notre projet est destiné à révolutionner les façons dont les métaux sont utilisés dans un large éventail de technologies, et de briser notre dépendance à l'égard d'éléments en danger critique d'extinction. Spécifiquement, MASI fera des avancées dans :la réduction du dioxyde de carbone (CO
Les nanoclusters métalliques sont activés pour des réactions avec des molécules, qui peut être entraîné par la chaleur, potentiel lumineux ou électrique, tandis que les interactions réglables avec les matériaux de support assurent la durabilité et la réutilisation des catalyseurs. En particulier, Les catalyseurs MASI seront appliqués pour l'activation de molécules difficiles à craquer (par exemple N
