Concept de catalyseurs en métaux précieux plus performants
Une nouvelle approche pour la fabrication de catalyseurs économes en ressources utilise différentes interactions entre les métaux précieux et différents matériaux de support
Plus de 90% des produits chimiques de notre quotidien utilisent un catalyseur au cours de leur fabrication. Les catalyseurs rendent les réactions chimiques plus rapides, peuvent réduire leur consommation d'énergie et rendent certaines réactions possibles. Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) ont développé un concept qui augmente la stabilité des catalyseurs à base de métaux précieux et réduit la quantité de métaux précieux utilisée. Leur étude est publiée en tant que "Very Important Paper" dans la revue spécialisée Angewandte Chemie.
L'objectif est d'obtenir la meilleure performance possible des catalyseurs
Les catalyseurs à base de métaux précieux sont utilisés dans de nombreux processus de l'industrie chimique. Réduire la quantité de métaux précieux utilisés dans ce processus est une contribution importante à la préservation des ressources. "Notre approche permet d'améliorer considérablement la stabilité du catalyseur et de garantir la formation de clusters actifs de métaux précieux, même à de faibles teneurs en métaux précieux", explique le Dr Daria Gashnikova de l'Institut de chimie technique et de chimie des polymères (ITCP) du KIT, premier auteur de l'étude. Afin d'obtenir la meilleure performance catalytique possible en utilisant le moins de métaux précieux possible, les chercheurs de l'ITCP ont examiné à l'atome près les catalyseurs sur support fréquemment utilisés. Dans ces catalyseurs sur support, le matériau sur lequel se déroule la réaction se présente sous forme de petites nanoparticules finement réparties sur un matériau de support. Ces clusters sont dynamiques et changent de structure en fonction des conditions de réaction. Ils peuvent se lier entre eux et se développer en particules plus grandes, laissant moins d'atomes de surface disponibles pour la réaction. Mais ils peuvent aussi se désintégrer en atomes isolés qui, seuls, ne peuvent pas faire leur travail. Ces deux phénomènes réduisent les performances des catalyseurs. Les chercheurs de l'ITCP résolvent ce problème dans leur nouveau concept en utilisant les différentes interactions des métaux précieux avec différents matériaux de support.
Nouveau matériau support - les atomes de métaux précieux se rassemblent sur des "îlots" d'oxyde de cérium
"Les métaux précieux, par exemple le palladium, se lient très fortement à l'oxyde de cérium, mais n'interagissent que faiblement avec l'oxyde d'aluminium", explique Gashnikova. "C'est pourquoi nous avons déposé du palladium sur de minuscules 'nano-îlots' d'oxyde de cérium, qui ont été à leur tour finement répartis sur de l'oxyde d'aluminium", poursuit la scientifique. L'optimisation du matériau de support permet de faire en sorte que les atomes de métaux précieux se rassemblent de préférence sur les îlots d'oxyde de cérium. La distance entre les îlots d'une part, et la mobilité limitée du palladium lorsqu'il se trouve sur l'oxyde de cérium d'autre part, empêchent en interaction aussi bien la formation de clusters trop grands que la décomposition du palladium en atomes individuels. La taille des clusters de métaux précieux est définie par le nombre d'atomes de métaux précieux présents sur chaque îlot d'oxyde de cérium. "Le rêve est de marcher sur cette mince ligne d'or pendant toute la durée de vie du catalyseur et, si possible, de stabiliser les petites particules composées de seulement dix à cinquante atomes", explique le professeur Jan-Dierk Grunwaldt, membre de la direction de l'institut ITCP et porte-parole du domaine de recherche spécial (SFB) 1441 "TrackAct".
Domaine de recherche spécial 1441 "TrackAct
Dans le SFB 1441 TrackAct, financé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft, plus de 20 groupes de travail interdisciplinaires se penchent sur une meilleure compréhension des processus catalytiques fondamentaux. Le concept développé à l'ITCP est l'un des résultats clés obtenus jusqu'à présent dans le cadre de ce SFB qui sera lancé en 2021 et dans lequel le KIT mène des recherches en collaboration avec l'Université technique de Munich et le synchrotron électronique allemand DESY. "La compréhension fondamentale de la structure et du mécanisme des catalyseurs nous fournira une sorte de boîte à outils qui nous permettra de concevoir des catalyseurs optimaux pour chaque processus individuel, sur la base de connaissances et de manière efficace", explique le Dr Florian Maurer, coordinateur de TrackAc " et coauteur de l'étude.
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 Allemand peut être trouvé ici.
Publication originale
Daria Gashnikova, Florian Maurer, Eric Sauter, Sarah Bernart, Jelena Jelic, Paolo Dolcet, Carina B. Maliakkal, Yuemin Wang, Christof Wöll, Felix Studt, Christian Kübel, Maria Casapu, Jan‐Dierk Grunwaldt; "Highly Active Oxidation Catalysts through Confining Pd Clusters on CeO2 Nano‐Islands"; Angewandte Chemie International Edition, 2024-7-17
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