Un nouveau dispositif appelé « condensateur catalytique » permet à des métaux courants comme l’aluminium d’agir comme des métaux catalytiques rares et coûteux, rendant ainsi les processus industriels moins coûteux.

C’est une triste vérité que de nombreuses réactions chimiques importantes nécessitent des métaux rares et coûteux comme catalyseurs. Aujourd’hui, des scientifiques ont mis au point un dispositif qui modifie activement le vieil aluminium pour qu’il se comporte comme d’autres métaux à la volée.

Le platine, le palladium, le rhodium et d’autres métaux sont les principaux moteurs des réactions utilisées pour fabriquer des matériaux et des produits chimiques dans de nombreuses industries. Le problème, bien sûr, est que ces métaux sont difficiles à trouver et peuvent donc coûter très cher, ce qui fait grimper le coût des équipements et des procédés de fabrication, ainsi que celui des produits finis.

De nouvelles recherches menées par l’université du Minnesota ont révélé qu’en ajoutant ou en retirant des électrons, des matériaux courants et bon marché peuvent être réglés de manière à présenter certaines des propriétés de surface utiles des métaux catalytiques coûteux. C’est ce que permet de faire un nouveau dispositif appelé condenseur catalytique.

« Les atomes ne veulent pas vraiment changer leur nombre d’électrons, mais nous avons inventé le condensateur catalytique qui nous permet de régler le nombre d’électrons à la surface du catalyseur », a déclaré Paul Dauenhauer, chercheur principal de l’étude. « Cela ouvre une toute nouvelle possibilité de contrôler la chimie et de faire en sorte que des matériaux abondants agissent comme des matériaux précieux. »

Pour ajuster le nombre d’électrons dans un matériau, le condensateur catalytique est constitué d’une série de films minces disposés en pile. La couche supérieure est une couche d’alumine (oxyde d’aluminium) de 4 nanomètres d’épaisseur, qui repose sur une couche de graphène, avec un isolant en dessous et un conducteur en bas. Lorsqu’une tension est appliquée aux couches de graphène et de conducteur, une charge est induite dans l’alumine. Cela modifie ses propriétés de surface, lui permettant d’agir comme un catalyseur bien au-dessus de son niveau de rémunération.

Le catalyseur spécifique dont l’alumine peut se servir, peut être modifié en ajustant la tension appliquée, la composition de la couche isolante ou en incluant différents additifs dans la couche active. Selon les chercheurs, des variations de ces dispositifs pourraient être utilisées dans toute une série d’industries, pour effectuer différentes réactions selon les besoins.

« Nous considérons le condensateur catalytique comme une plate-forme technologique qui peut être mise en œuvre dans une multitude d’applications de fabrication », a déclaré Dan Frisbie, l’un des auteurs de l’étude. « Les idées de base de la conception et les nouveaux composants peuvent être modifiés pour presque tous les produits chimiques que nous pouvons imaginer. »

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.2c00114

https://cse.umn.edu/college/news/energy-researchers-invent-chameleon-metal-acts-many-others