La redispersion oxydative à des températures élevées est utilisée depuis longtemps en catalyse hétérogène pour la régénération de catalyseurs métalliques frittés et la synthèse de catalyseurs métalliques à atomes uniques et en grappes. Ces processus de redispersion nécessitent un apport énergétique considérable. Par conséquent, la recherche de stratégies de redispersion respectueuses de l’environnement et économes en énergie reste une priorité urgente.
Un groupe de recherche dirigé par Fu Qiang de l’Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé la redispersion oxydative des particules de Cu assistée par l’eau par la formation d’hydroxyde de Cu à température ambiante (RT). L’étude a été publiée dans Communications naturelles.
Les chercheurs ont découvert que les nanoparticules de Cu supportées à la surface du γ-Al2O3 pouvaient se redisperser spontanément à température ambiante. Ils ont vérifié que l’hydroxylation de la surface du support dans un environnement humide et la formation d’espèces Cu-OH étaient les facteurs clés conduisant à la redispersion RT des nanoparticules de Cu sur les surfaces γ-Al2O3. L’O2 et le H2O ont conduit à la formation d’espèces Cu hydroxylées, accélérant la diffusion des atomes de Cu à la surface du γ-Al2O3.
De plus, la plupart des surfaces de support, telles que γ-Al2O3, SiO2 et CeO2, pourraient subir une hydroxylation dans une atmosphère humide pour former d’abondants groupes OH de surface qui capturaient les espèces de Cu migratrices.
Les effets de « poussée » (migration) et de « traction » (ancrage) du H2O gazeux ont facilité la transformation structurelle des espèces de Cu des nanoparticules de Cu en atomes uniques de Cu à température ambiante, améliorant ainsi leur activité catalytique dans le déplacement inverse eau-gaz (RWGS). et réaction d’oxydation préférentielle du monoxyde de carbone (CO-PROX).
Cette étude a mis en évidence le rôle important de H2O dans l’évolution structurelle dynamique des nanocatalyseurs métalliques supportés et a développé une stratégie simple pour la redispersion des catalyseurs frittés à base de Cu à température ambiante en utilisant un traitement O2-H2O, évitant ainsi la consommation d’énergie des processus traditionnels de régénération à haute température. .
« L’eau existe largement dans la catalyse hétérogène, et son effet sur l’évolution dynamique de la structure des nanocatalyseurs métalliques supportés ne peut être ignoré. Une plus grande attention devrait être accordée à une éventuelle redispersion/frittage des métaux dans des conditions contenant de l’eau », a déclaré le professeur Fu.
Plus d’information:
Yamei Fan et al, Redispersion oxydative assistée par l’eau de particules de Cu par formation d’hydroxyde de Cu à température ambiante, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-47397-z