Des avancées technologiques dans l'observation des catalyseurs
De nouveaux progrès technologiques ont été réalisés ces dernières années, tels que la NAP-XPS (spectroscopie photoélectronique à rayonnement X d’adsorbats résolue en énergie), l’ETEM (microscopie électronique en transmission environnementale), la RMN haut champ et hyperpolarisée, etc. Ces outils permettent une observation plus fine et plus précise des catalyseurs dans les conditions réactionnelles, avec des résolutions spatiales ou temporelles multiéchelles adaptées aux phénomènes à observer (dynamique…).
De plus, la conjugaison d’une imagerie directe et de la manipulation télécommandée, atome par atome, de structures artificielles a permis de rendre concrète la notion de nanoparticule et a nourri l’imaginaire de toute une génération de chercheurs.
Une compréhension fine des mécanismes de la catalyse à l'échelle moléculaire
90 % des processus chimiques industriels impliquent un procédé catalytique dans au moins une de leurs étapes. La catalyse est donc source de nombreuses études, les chercheurs développant régulièrement en laboratoire de nouveaux matériaux, aux propriétés toujours plus performantes. Ainsi, la compréhension fine des mécanismes de la catalyse à l’échelle moléculaire est indispensable à la conception de catalyseurs encore plus performants.
La modélisation théorique permet de proposer des outils pour étudier ces processus impliqués en catalyse, en fournissant une connaissance détaillée, à l’échelle des molécules et des atomes, des systèmes poreux. Elle est un élément indispensable à la compréhension des systèmes catalytiques existants et à la conception de catalyseurs encore plus performants.
Des économies d'énergie massives grâce à la compréhension de la catalyse à l'échelle atomique
Ces nouvelles techniques d’observation et de modélisation théorique permettent de mieux comprendre les mécanismes de la catalyse à l’échelle atomique. Les adatomes ont un rôle clé dans ces mécanismes, et leur compréhension permet de mieux comprendre comment la catalyse fonctionne et donc de la rendre plus efficace.
En comprenant mieux le fonctionnement des catalyseurs, il devient possible de développer des catalyseurs plus efficaces et plus durables, permettant des économies d’énergie massives dans de nombreux processus industriels. En effet, les catalyseurs sont utilisés dans une grande variété de réactions chimiques, telles que la production de carburants, la synthèse de produits pharmaceutiques et la production de plastiques.
Les chercheurs ont récemment fait des progrès significatifs dans la compréhension de la catalyse à l’échelle atomique, grâce à des techniques avancées telles que la microscopie électronique en temps réel et la spectroscopie de photoélectrons à rayons X en environnement ambiant. Ces outils permettent aux scientifiques de visualiser les processus de catalyse à l’échelle atomique et de comprendre les interactions entre les catalyseurs et les réactifs.
Une meilleure compréhension de la catalyse à l’échelle atomique permet également de concevoir des catalyseurs plus sélectifs, c’est-à-dire qui ne produisent que le produit souhaité sans produire de sous-produits indésirables. Cela peut réduire les coûts de production et minimiser les déchets.
Les chercheurs peuvent également utiliser ces techniques pour développer des catalyseurs plus durables, qui résistent mieux à la dégradation et à l’empoisonnement. Cela permettrait de réduire la fréquence des remplacements de catalyseurs, ce qui économiserait des coûts de maintenance et réduirait l’impact environnemental.
De plus, une meilleure compréhension de la catalyse peut également permettre de développer des catalyseurs à base de matériaux plus abondants et moins coûteux, tels que le fer ou le nickel, en remplacement des métaux plus rares et plus chers, tels que le platine. Cela permettrait de réduire les coûts de production et de rendre les processus de production plus durables.
Une meilleure compréhension de la catalyse à l’échelle atomique peut avoir des répercussions majeures sur l’efficacité énergétique et la durabilité des processus industriels. Les progrès récents dans les techniques d’observation et de compréhension de la catalyse ouvrent la voie à des développements futurs passionnants dans ce domaine.
Source: Daily Science