À la recherche du "Saint-Graal" de la catalyse
Évaluation des progrès récents dans l'utilisation de catalyseurs à un seul atome pour cinq réactions "sacrées
Dans le domaine de la catalyse, le terme de réactions "Saint Graal" fait référence aux réactions qui présentent une valeur scientifique, économique et environnementale significative pour l'avenir de l'humanité. Ces réactions exploitent des ressources abondantes et facilement disponibles sur Terre, telles que le méthane (CH4), l'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2) et l'azote (N2), pour produire divers produits chimiques de valeur. Malgré leur importance, ces réactions souffrent souvent de faibles taux de conversion et d'une faible sélectivité en raison de l'inertie chimique des réactifs et de la réactivité relativement élevée des produits. Le développement de nouveaux catalyseurs pour abaisser la barrière de l'énergie d'activation reste un grand défi.
Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour et de l'Institut de physique chimique de Dalian (CAS) ont publié une perspective évaluant les avancées récentes dans l'utilisation de catalyseurs à atome unique (SAC) structurellement bien définis pour plusieurs réactions "sacrées", y compris la conversion oxydative et non oxydative du méthane, la photosynthèse artificielle et l'activation de l'azote. Les progrès prometteurs et les défis restants sont discutés dans l'utilisation des SACs pour ces réactions inestimables à travers la catalyse thermique, électrique et pilotée par la lumière. Le potentiel significatif du développement futur des SACs est également mis en évidence.
Chinese Journal of Catalysis
Les catalyseurs à atome unique (SAC), qui contiennent des atomes métalliques uniques partiellement chargés avec des structures bien définies et réglables, représentent une classe prometteuse de catalyseurs hétérogènes. Le développement de nouveaux SAC peut non seulement améliorer l'efficacité de l'utilisation des atomes dans les métaux actifs, mais aussi favoriser une meilleure compréhension des mécanismes de réaction et des relations structure-activité. Ces dernières années, les nouveaux SAC ont été adoptés dans les réactions difficiles dites "du Graal", dans le but d'améliorer la conversation et la sélectivité et/ou de permettre des conditions de réaction plus douces.
Dans ce contexte, le professeur Ning Yan (Université nationale de Singapour), le professeur Tao Zhang (Institut de physique chimique de Dalian, CAS) et leurs collègues ont publié une perspective qui évalue les dernières applications des SAC dans cinq réactions "sacrées" : l'oxydation partielle du méthane en méthanol, le couplage non oxydatif du méthane, la division photocatalytique de l'eau, la réduction photocatalytique duCO2 et la réduction de l'azote. Les SACs avec des sites métalliques à un atome bien définis possèdent des structures géométriques et électroniques spéciales, qui interagissent avec des molécules inertes et régulent le processus de conversion avec précision, ce qui permet d'obtenir une production sélective du produit recherché. Certains SAC sont composés d'un support défini au niveau moléculaire et d'environnements de coordination unifiés, agissant comme des catalyseurs modèles idéaux pour des études mécanistiques approfondies lorsqu'ils sont combinés à des techniques spectroscopiques avancées et à des calculs DFT. Parallèlement, de nouveaux matériaux catalytiques tels que les catalyseurs multisites, contenant deux sites à un seul atome avec des structures de coordination différentes, ou un site à un seul atome et d'autres sites à un seul atome, peuvent faciliter l'activation de plusieurs espèces, induisant des effets promotionnels synergiques pour la réaction.
Des orientations futures potentielles pour ce domaine sont envisagées. Ces sujets potentiels à couper le souffle comprennent l'exploration plus poussée des mécanismes et des relations structure-activité, l'exploitation des technologies de l'information avancées pour un criblage efficace des catalyseurs, la conception de nouveaux sites catalytiques pour élargir le champ d'application des matériaux catalytiques et l'amélioration de la stabilité des SAC dans les conditions de travail.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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