Les scientifiques ont découvert un moyen de contrôler les réactions chimiques en arrangeant soigneusement les atomes de cuivre sur un matériau à base de carbone. Avec de minuscules changements à l'échelle atomique, le même matériau peut être commuté pour produire de l'hydrogène ou du méthane à partir d'ingrédients de démarrage simples.
Dans une étude publiée dans Matériaux fonctionnels avancésune équipe collaborative du National Synchrotron Radiation Research Center à Taïwan (groupe expérimental) et du Center for Condensé Matter Sciences, Université nationale de Taïwan (groupe théorique / informatique), a démontré comment l'ingénierie à l'échelle atomique du cuivre sur le nitrure de carbone graphitique (G-C₃n₄) peut contrôler les réactions chimiques.
Les chercheurs ont découvert que les atomes de cuivre placés individuellement ou en grappes sur G-C₃n₄ catalysent principalement l'évolution de l'hydrogène. En revanche, les paires d'atomes de cuivre intégrés dans G-C₃N₄ convertissent sélectivement le dioxyde de carbone en méthane, atteignant une efficacité de 88%. Cette sélectivité élevée rend non seulement la production de méthane pratique, mais met également en évidence une voie prometteuse pour les applications d'énergie propre.
Les résultats révèlent que même des différences subtiles dans l'arrangement atomique peuvent modifier considérablement le comportement catalytique. En réglant précisément les positions des atomes de cuivre, il devient possible de diriger la réaction vers les produits souhaités, illustrant la puissance du contrôle au niveau des atomes dans la conception des matériaux.
« Cette étude montre le potentiel de la conception atomique », explique Michitoshi Hayashi, l'auteur correspondant de l'étude. « En changeant simplement où les atomes de cuivre sont positionnés, nous pouvons guider la réaction le long de la voie que nous voulons, permettant un contrôle précis des transformations chimiques. »
Le travail souligne les implications plus larges de l'ingénierie atome par atome, fournissant des informations qui pourraient accélérer le développement de catalyseurs et de matériaux de nouvelle génération pour l'énergie durable. En tirant parti d'un contrôle structurel aussi précis, les chercheurs visent à concevoir des catalyseurs qui produisent efficacement les carburants et les produits chimiques, réduisant finalement la dépendance aux ressources fossiles tout en faisant progresser les technologies d'énergie propre.
