Les nanoparticules en or-palladium vont-elles révolutionner la production de peroxyde d'hydrogène?
Des scientifiques financés par l'UE ont conçu une méthode plus simple et plus propre pour produire du peroxyde d'hydrogène (H2O2, l'eau oxygénée), qui est mondialement utilisé comme antiseptique et désinfectant. Ces résultats pourraient aboutir à la production de peroxyde d'hydrogène sur place, en plus petites quantités et à des concentrations plus faibles, évitant ainsi les risques liés au transport et au stockage de grandes quantités de H2O2 fortement concentré. Publiés dans la revue Science, ces travaux ont été partiellement soutenus par le projet AURICAT («Catalysis by gold»), financé au titre du programme «Améliorer le potentiel humain de recherche et la base de connaissances socio-économiques» du cinquième programme-cadre de l'UE (5e PC). Le peroxyde d'hydrogène est un antiseptique et un désinfectant puissant. C'est l'un des produits chimiques les plus utilisés au monde. Sa production exige malheureusement beaucoup d'énergie, et pour être rentable, elle doit porter sur des quantités et des concentrations plus élevées que ce qui est généralement nécessaire pour ses utilisations. Il faut donc stocker et transporter de grandes quantités de ce produit, ce qui peut se révéler dangereux, comme l'a montré la récente explosion d'un camion sur une autoroute britannique. Il n'est donc pas surprenant que les chimistes cherchent depuis longtemps une méthode plus propre et plus simple pour produire du H2O2. Le palladium semble être une solution efficace pour catalyser la réaction par laquelle l'hydrogène et l'oxygène s'associent pour former le peroxyde d'hydrogène. Cependant, à mesure que le H2O2 est produit, ce même catalyseur entraîne sa décomposition en eau. Pour cette nouvelle étude, des scientifiques du Royaume-Uni et des États-Unis ont découvert qu'un alliage de nanoparticules de palladium et d'or catalyse la production de H2O2 tout en «bloquant» sa décomposition en eau. «Nous avons découvert l'importance d'incorporer au palladium une petite quantité d'or», explique le professeur Christopher Kiely de l'université de Lehigh, aux États-Unis. «L'or semble modifier la structure électronique globale et donc l'activité catalytique du palladium.» Selon les chercheurs, la méthode consiste à déposer ces nanoparticules sur un support de carbone, préalablement trempé dans de l'acide nitrique (HNO3). Le traitement à l'acide diminue la taille moyenne des nanoparticules, qui s'établit alors entre 2 et 25 nanomètres (un nanomètre correspond à un milliardième de mètre). Ces particules plus petites sont plus à même de bloquer la réaction de décomposition. D'autre part, le traitement à l'acide assure une meilleure distribution des nanoparticules sur le support. «Nous avons découvert que la concentration de l'acide nitrique et la durée du trempage n'avaient pas d'importance», déclare le professeur Kiely. «Ce qui est important, c'est de tremper le support dans de l'acide nitrique avant d'y appliquer les nanoparticules d'or-palladium. Les changements dans la taille et la distribution des particules permettent de retenir bien plus de peroxyde d'hydrogène, ce qui améliore la viabilité économique du processus de fabrication directe.» Les chercheurs pensent qu'avec un développement supplémentaire, leur technique pourra «soutenir la génération de H2O2 à une concentration de 3 à 8%, ce qui suffit pour la plupart de ses utilisations en chimie». Plus important encore, le processus pourrait aussi permettre de produire sur place la quantité nécessaire de peroxyde d'hydrogène, évitant ainsi de le stocker et d'en transporter de grands volumes. Depuis 15 ans, le professeur Kiely collabore étroitement avec Graham Hutchings de l'université de Cardiff (Royaume-Uni) sur l'utilisation des nanoparticules d'or en tant que catalyseur. Il y a trois ans, ils ont découvert que les nanoparticules d'or et de palladium pouvaient servir à convertir d'une façon plus écologique des alcools primaires en aldéhydes. Cette réaction est importante dans la production des épices et des parfums.
Pays
Royaume-Uni, États-Unis