Le Dr Michal Mazur et ses collègues de la Faculté des sciences de l’Université Charles de Prague étudient des catalyseurs à base de nanoparticules métalliques stabilisées sur des zéolithes. Récemment, ils ont préparé un nouveau type de catalyseur zéolitique. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Angewandte Chemie.
De nombreux processus chimiques, tels que les réactions d’oxydation, d’hydrogénation, de déshydrogénation et de reformage nécessitent l’utilisation de catalyseurs hétérogènes à base de métaux de transition. Le prix de certains de ces métaux, comme le rhodium ou le platine, est élevé ; ainsi, l’efficacité de leur utilisation est un facteur clé pour une utilisation industrielle. Une des solutions possibles est de les préparer sous forme de nanoparticules, ce qui permet l’exposition et l’utilisation efficace d’une plus grande fraction d’atomes métalliques.
« Cette situation a de nombreux équivalents dans la vie courante. Supposons que vous souhaitiez ouvrir une entreprise basée sur la vente de café à Prague. Il est bien préférable d’ouvrir plusieurs petits cafés dans différents quartiers de la ville, plutôt qu’un seul grand magasin dans la ville. Cela permet à votre entreprise d’être plus accessible aux clients, donc efficace », explique le Dr Mazur en décrivant sa stratégie.
De même, il vaut mieux préparer un catalyseur avec beaucoup de petites nanoparticules bien réparties, que quelques gros morceaux de métal, où seule la surface est active et les atomes internes ne sont pas accessibles aux réactifs. De ce fait, de nombreux efforts des chercheurs sont consacrés à la stabilisation de petites nanoparticules métalliques au niveau des supports. Un des supports possibles et souvent utilisés est les zéolithes. Ils présentent plusieurs caractéristiques appropriées pour l’encapsulation du métal, notamment des cadres rigides, une stabilité physique et chimique, des surfaces élevées, des canaux microporeux ordonnés et des sites acides accordables. Dans l’ensemble, ils présentent de nombreuses fonctionnalités supplémentaires en tant que supports potentiels pour les catalyseurs de nanoparticules métalliques.
« Dans notre nouveau travail, nous avons utilisé la zéolite en couches et ses caractéristiques pour stabiliser les nanoparticules de rhodium à la surface de ces couches. Nous avons constaté que la géométrie spécifique et l’emplacement des groupes fonctionnels (silanols) à la surface de la couche peuvent rendre les nanoparticules stables, même à haute température. températures élevées ou lorsqu’ils sont exposés à des conditions difficiles, comme des cycles d’oxydo-réduction ou la régénération de catalyseurs », explique le Dr Mazur à propos des résultats de la recherche.
« Nous avons montré que le matériau résultant est un catalyseur d’hydrogénation actif avec un énorme potentiel de sélectivité vis-à-vis des molécules volumineuses. Nos découvertes ont été prouvées non seulement par des techniques expérimentales avancées, telles que la microscopie électronique à transmission in situ, mais également confirmées par des calculs théoriques DFT. La découverte a montré de nouvelles perspectives dans la conception des catalyseurs et ouvert de nouvelles voies dans la chimie des zéolithes, c’est pourquoi nous poursuivrons la recherche dans ce domaine », conclut-il.
Plus d’information:
Ang Li et al, Encapsulating Metal Nanoparticles into a Layered Zeolite Precursor with Surface Silanol Nests Enhances Sintering Resistance**, Angewandte Chemie International Edition (2022). DOI : 10.1002/anie.202213361