Les chercheurs ont combiné cinq métaux dans un alliage et ont découvert que des feuilles en 2D de cet alliage fonctionnaient bien comme catalyseur.

Des chercheurs ont créé un nouvel alliage inhabituel composé non pas de deux, mais de cinq métaux différents, et l’ont utilisé comme catalyseur. Le nouveau matériau est bidimensionnel et a pu convertir efficacement le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, ce qui pourrait aider à transformer le gaz à effet de serre en carburant.

Le nouvel alliage appartient à une classe de matériaux appelés dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), qui sont, comme leur nom l’indique, constitués de combinaisons de métaux de transition et de chalcogènes. Des films extrêmement fins de TMDC se sont récemment révélés prometteurs dans toute une série de dispositifs électroniques et optiques, mais les chercheurs de la nouvelle étude se sont demandé s’ils pouvaient également être utilisés comme catalyseurs de réactions chimiques.

En effet, les réactions se produisant à la surface d’un catalyseur, les matériaux présentant une surface élevée sont des catalyseurs plus efficaces. Or, en tant que feuilles de quelques atomes d’épaisseur seulement, les TMDC ne représentent pratiquement rien d’autre qu’une surface.

L’équipe a créé des modèles informatiques pour trier toutes les combinaisons possibles de métaux de transition et de chalcogènes, et déterminer celles qui constitueraient les catalyseurs les plus efficaces. Ils ont fini par en choisir une qui contenait cinq métaux de transition – molybdène, tungstène, vanadium, niobium et tantale – ainsi que du soufre comme chalcogène.

« La question était de savoir si l’on pouvait synthétiser un alliage TMDC comportant autant de composants, explique John Cavin, l’un des auteurs de l’étude. « Et amélioreront-ils la réduction du CO2 en CO ? »

Image au microscope électronique d’un flocon du nouvel alliage (en haut au centre), et une section montrant sa structure atomique (en bas au centre) – les éléments utilisés pour le composer sont indiqués sur les bords.

Après avoir choisi le candidat le plus prometteur, l’équipe a envoyé les données à des collaborateurs de l’université de l’Illinois pour qu’ils synthétisent l’alliage. Non seulement cela a été un succès, mais lors des tests, le matériau a bien fonctionné pour convertir le dioxyde de carbone en monoxyde de carbone, avec une fréquence de rotation de 58,3 par seconde.

Cela signifie qu’il pourrait être utile pour recycler ce gaz à effet de serre en carburants hydrocarbonés utilisables. Selon l’équipe, ce nouvel alliage, ainsi que quatre autres qui se sont révélés prometteurs comme catalyseurs, pourraient avoir d’autres utilisations qui n’ont pas encore été explorées.

« Ce sont de nouveaux matériaux, ils n’ont jamais été synthétisés auparavant », explique Rohan Mishra, auteur principal de l’étude. « Ils pourraient avoir des propriétés imprévues ».

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202100347

https://source.wustl.edu/2021/06/new-2d-alloy-combines-five-metals-breaks-down-co2/