Un outil pour transformer l’aluminium en « métal caméléon » pour remplacer des métaux précieux

outil pour creer du metal cameleon
| Dauenhauer Group, University of Minnesota.
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Palladium, platinum, rhodium… Ces métaux précieux ont en commun d’être nécessaires à de nombreuses réactions chimiques, mais aussi d’être rares. Des scientifiques ont donc décidé de créer un outil qui donnerait à l’aluminium, métal bien plus commun, la capacité d’ajuster ses propriétés pour les remplacer.

Cet outil a été nommé « condenseur catalytique », et a pour but de transformer les propriétés de l’aluminium de façon à ce qu’il adopte certaines de celles des métaux précieux qui servent habituellement de catalyseurs. Un catalyseur peut se définir comme une « substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans paraître participer à cette réaction », explique le Larousse.

Il a donc de nombreux usages (on en trouve par exemple dans les pots d’échappement de nos voitures), mais repose souvent sur des métaux précieux et présents en quantité limitée sur Terre. L’aluminium, en revanche, est un métal beaucoup plus commun. C’est donc sur ce dernier que le choix d’une équipe de scientifiques de différentes universités américaines s’est porté : ils en ont fait une sorte de « métal caméléon », capable d’adapter ses propriétés pour servir de catalyseur en remplaçant différents métaux. Leurs résultats ont été publiés dans le journal de l’American Chemical Society.

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Pour réaliser leur condenseur catalytique, l’équipe s’est basée sur une théorie relativement simple : ajouter ou enlever des électrons à un atome pourrait changer ses propriétés, et transformer l’oxyde métallique en une substance qui imite les propriétés d’un autre métal. « Les atomes ne veulent vraiment pas changer leur nombre d’électrons, mais nous avons inventé un dispositif de condensateur catalytique qui nous permet d’ajuster le nombre d’électrons à la surface du catalyseur », explique dans un communiqué Paul Dauenhauer, professeur de génie chimique et de science des matériaux à l’Université du Minnesota, qui a dirigé l’équipe de recherche. « Cela offre une toute nouvelle opportunité pour contrôler la chimie et faire en sorte que des matériaux abondants agissent comme des matériaux précieux ».

Un dispositif en plusieurs couches

Concrètement, le dispositif est composé de différents films extrêmement fins. « En utilisant diverses technologies de couches minces, nous avons combiné un film d’alumine à l’échelle nanométrique fabriqué à partir d’aluminium métallique abondant à faible coût avec du graphène, que nous avons ensuite pu ajuster pour imiter les propriétés d’autres matériaux », précise Tzia Ming Onn, chercheur postdoctoral à l’Université du Minnesota, qui a fabriqué et testé les condenseurs catalytiques.

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Condensation de charge dans la couche superficielle active d’alumine/graphène du catalyseur d’un condenseur catalytique à couche mince. © Tzia Ming Onn et al.

Le « dessus » est donc composé d’une couche d’alumine (oxyde d’aluminium) de 4 nanomètres d’épaisseur, qui repose elle-même sur une couche de graphène, avec un isolant en dessous et un conducteur en bas. Lorsqu’une tension est appliquée aux couches de graphène et de conducteur, une charge est induite dans l’alumine. Cela modifie ses propriétés de surface, lui permettant d’agir comme un catalyseur.

Les chercheurs se montrent enthousiastes quant aux possibilités offertes par leur innovation : « L’invention ouvre la porte à de nouvelles technologies catalytiques utilisant des catalyseurs en métaux non précieux pour des applications importantes telles que le stockage d’énergie renouvelable, la fabrication de carburants renouvelables et la fabrication de matériaux durables », soulignent-ils.

Source : American Chemical Society

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