L'activité catalytique des nanoparticules simples
Le monde s'intéresse aux systèmes composés de NP de métaux nobles sur un substrat d'électrodes de carbone nanonostructurées. Le graphène, les nanotubes de carbone à paroi simple, le graphite ou le diamant conducteur sont très appréciés comme support. Pour une exploitation efficace de ces systèmes électrocatalytiques, il faut une parfaite maîtrise des processus à l'échelle des NP simples. La collaboration entre les laboratoires spécialisés en électrocatalyse et en électrochimie et en imagerie haute définition s'est donc avérée particulièrement fructueuse dans le cadre du projet VISELCAT («Visualising electrocatalysis at the nanoscale»), financé par l'UE. Grâce à un nouveau système de microscopie cellulaire électrochimique à balayage (MCEB) capable d'analyser les sites isolés à la surface des électrodes, les scientifiques ont pu réaliser d'importants progrès. Une résolution spatiale et temporelle extrêmement précise a permis aux scientifiques de répondre à de nombreuses questions concernant les propriétés de transfert électroniques des supports des électrodes. Plus particulièrement, un travail exceptionnel sur le pyrographite fortement orienté a démontré la nécessité de revoir la littérature existante. Les chercheurs ont également employé la MCEB pour étudier la formation des NP, révélant ainsi le rôle jusqu'ici sous-estimé de l'interaction entre les NP et leur substrat. Les résultats orientent les nouvelles études sur les processus de dépôt électrolytique. Enfin, les scientifiques ont étudié les matériaux électrocatalytiques à base de MCEB. Les résultats montrent que la structure granuleuse et l'orientation de la surface des grains isolés sont essentielles à une réactivité ciblée. Les études portant sur la réactivité des NP simples dans un ensemble de NP de platine sur un nanotube de carbone simple montrent que les petites variations au niveau de la morphologie des NP modifient considérablement leur réactivité. Une structure innovante qui associe une très petite pipette à la MCEB a facilité l'étude du dépôt de NP individuelles sur l'électrode du substrat. Le courant de fond faible a permis aux scientifiques de détecter les moindres signaux de courant des NP dans des délais intéressants. Dès lors, l'équipe a pu caractériser les propriétés électrochimiques et physiques au niveau des NP isolés pour la première fois. Les résultats ont déjà été publiés dans huit journaux spécialisés. D'autres sont déjà en préparation. Les résultats et les techniques du projet VISELCAT ouvrent la voie à l'optimisation de l'électrocatalyse grâce à la manipulation de la taille et de l'activité catalytique des nanocatalyseurs à l'échelle des NP simples. Une mise en œuvre élargie promet une progression rapide et des découvertes majeures dans le domaine de l'électrocatalyse des systèmes d'énergie alternative, les sondes, la purification de l'eau et la synthèse chimique.
Mots‑clés
Nanoparticule, activité catalytique, électrocatalyse, technologies énergétiques, activité électrocatalytique, nanoparticules simples, électrode de carbone, électrochimie, échelle nanoscopique, microscopie cellulaire électrochimique à balayage, graphite py
