Des atomes éloignés livrent une nouvelle piste pour concevoir des catalyseurs

Des chercheurs en Corée du Sud et en Allemagne ont montré que des atomes situés bien au-delà du voisinage immédiat d’une molécule peuvent modifier la force avec laquelle elle se lie à un catalyseur métallique. Cette découverte donne aux scientifiques un facteur supplémentaire à prendre en compte pour concevoir ces matériaux, qui accélèrent les réactions chimiques utilisées dans des secteurs tels que la production d’engrais.

L’équipe, issue de l’Institut des sciences fondamentales de Corée du Sud et de l’Institut Max-Planck de sciences multidisciplinaires en Allemagne, a publié ses résultats dans Science.

Pour déterminer jusqu’où s’étendait cette influence, les chercheurs ont fabriqué des surfaces de platine comportant de minuscules marches à l’échelle atomique, en faisant varier leur espacement. Ils ont ensuite mesuré la force avec laquelle des molécules d’ammoniac, de monoxyde de carbone et de monoxyde d’azote se liaient à ces surfaces.

Même lorsque les atomes du point de fixation étaient disposés de façon similaire, modifier la distance avec une marche voisine changeait la force de la liaison. L’effet s’étendait sur plusieurs nanomètres. Un nanomètre représente un milliardième de mètre, mais une étendue de plusieurs nanomètres suffit à accueillir des dizaines d’atomes côte à côte.

Les chercheurs ont attribué cet effet aux électrons répartis dans l’ensemble du métal, qui permettent à une molécule d’interagir avec une zone plus large que son environnement immédiat. Ils ont également élaboré un modèle combinant chimie et physique pour expliquer pourquoi les différentes molécules réagissaient différemment.

Ces travaux n’ont pas encore abouti à un catalyseur plus performant. Ils fournissent plutôt des bases plus solides pour des calculs qui pourraient aider les scientifiques à prévoir des propriétés utiles et à concevoir des catalyseurs en recourant moins aux essais et erreurs.