Des petits amas de métaux pour faciliter la catalyse
Pour un chimiste minéral, un amas métallique commence à deux atomes de métal. Pour les chercheurs du projet UΝΙΜETCLUST financé par l'UE, il s'agit d'un petit groupe d'atomes de métal qui peut être dispersé et stabilisé sur un support comme un oxyde poreux de métal. Lorsque ces amas de métal sont liés à un support d'oxyde ou de zéolite, ils peuvent associer les avantages des catalyseurs solides avec la sélectivité des catalyseurs moléculaires solubles. Cette idée était à la base du développement d'amas métalliques intégrant des sites actifs uniformes et tellement petits qu'ils pouvaient être considérés comme moléculaires. Les scientifiques d'UNIMETCLUST ont préparé des amas extrêmement petits de rhodium et d'iridium, liés par de l'éthylène à une surface d'oxyde de magnésium (MgO) et de zéolithe HY désaluminisée, agissant comme support avec des réactivités chimiques contrastées. Les chercheurs ont suivi de très près les premières étapes de la formation des amas métalliques, via une spectrométrie infrarouge et d'absorption étendue de rayons X en structure fine. L'étude des interactions entre les catalyseurs métalliques et des gaz réactifs (éthylène, 1,3-butadiène, monoxyde de carbone, hydrogène et oxygène moléculaires) a permis de passer d'une espèce métallique aux autres. Les chercheurs ont aussi étudié l'influence de la structure catalytique sur le taux et la sélectivité des réactions chimiques pertinentes. Les scientifiques ont utilisé une large gamme de techniques, comme la spectroscopie infrarouge et la microscopie en haute résolution, pour déterminer la structure et la nature des sites actifs. Ils ont alors appliqué les résultats pour synthétiser les sites actifs de catalyseurs aux caractéristiques réglables. La précision de la méthode de synthèse mise au point par le projet UNIMETCLUST autorise des changements bien définis de la structure des sites actifs des catalyseurs fabriqués à partir de rhodium et d'iridium, augmentant considérablement l'activité catalytique (d'un facteur 58) ainsi que la sélectivité (de quasiment zéro à presque 100 %). Les catalyseurs métalliques ont déjà une place respectable dans l'industrie chimique et sont devenus prédominants pour des processus comme le raffinage du pétrole et la conversion des gaz d'échappement des automobiles. Les récents travaux d'UNIMETCLUST leur ouvrent de nouvelles possibilités passionnantes.
Mots‑clés
Amas de métaux, catalyse, composés, atomes de métaux, oxydes de métaux, zéolite, catalyseurs solides, catalyseurs moléculaires solubles, rhodium, iridium, gaz réactifs, pétrole, échappement d'automobiles
