fr.wedoany.com Rapport : Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université de Nottingham a observé en temps réel, à l'échelle atomique, le phénomène réversible de séparation métallique dans des nanoparticules de platine-nickel, et a validé que cette structure dynamique présente une activité catalytique élevée pour la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau. L'équipe a préparé des nanoparticules ne contenant que quelques dizaines d'atomes de platine et de nickel. Grâce à la microscopie électronique à haute résolution, ils ont découvert que lorsque les deux métaux se séparent tout en maintenant une interface à l'échelle atomique, l'efficacité du catalyseur pour la réaction de dégagement d'hydrogène augmente considérablement.

La thermodynamique traditionnelle suggère qu'un alliage homogène a tendance à rester uniforme, tout comme le café et le lait mélangés ne peuvent pas se séparer spontanément. Cependant, cette étude bouleverse ces attentes. Le Dr Emerson Kohlrausch, qui a dirigé les travaux expérimentaux à l'École de chimie de l'Université de Nottingham, déclare : « Au départ, lorsque nous observions les nanoparticules de platine-nickel au microscope électronique, nous voyions les deux types d'atomes mélangés, comme on s'y attend pour un alliage. Cependant, après seulement quelques secondes, les deux métaux ont commencé à se séparer sous nos yeux. C'était une observation surprenante, car elle semblait violer le comportement thermodynamique traditionnel. »

Ce phénomène provient du fait que le faisceau d'électrons rapide transfère une partie de son énergie aux atomes de l'échantillon, stimulant leur réarrangement au sein de la particule, ce qui entraîne la séparation métallique dans le composé intermétallique platine-nickel. Une fois que le nickel se sépare du platine, il capte des atomes d'oxygène de l'environnement pour former un oxyde. Le professeur Andrei Khlobystov, professeur de nanomatériaux à l'Université de Nottingham, explique : « Cela a produit des nanoparticules composées de deux moitiés — le platine métallique et l'oxyde de nickel — séparées par une interface définie à l'échelle atomique. Nous avons créé de nouvelles particules hybrides et observé leur formation en temps réel, ce qui est sans précédent. »

Pour suivre précisément la position de chaque atome, le projet SALVE de l'Université d'Ulm en Allemagne a fourni un microscope unique. La professeure Ute Kaiser, qui dirige ce projet, déclare : « Il était crucial de créer des conditions permettant de suivre la position de chaque atome. Pour y parvenir, nous avons utilisé le matériau le plus fin possible pour soutenir les nanoparticules — une feuille de graphène — et contrôlé soigneusement l'énergie et le flux du faisceau d'électrons. »

Il est à noter que le processus de séparation métallique est réversible et reproductible — en modifiant les conditions, les métaux peuvent se remélanger pour former un alliage. Le Dr Emerson Kohlrausch ajoute : « Ces particules ne se comportent pas comme des objets solides rigides, mais plutôt comme des organismes vivants, réagissant à leur environnement. Cela nous a inspirés à utiliser leur dynamique pour la catalyse. »

Dans des expériences catalytiques ultérieures, l'équipe de recherche a exploré la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau à l'aide de particules de platine-nickel. Le Dr Jesum Alves Fernandes, de l'École de chimie de l'Université de Nottingham, explique : « Ce qui rend ces particules si efficaces, c'est la coopération entre les deux matériaux après la séparation. Le platine et l'oxyde de nickel jouent chacun un rôle différent dans la décomposition de l'eau, et le partage d'une frontière atomique permet une coopération ultime entre eux. » Cet effet synergique fait de ce matériau l'un des catalyseurs les plus efficaces pour la décomposition de l'eau.

Cette étude a été réalisée en collaboration entre l'Université de Nottingham, l'Université de Birmingham, Diamond Light Source et l'Université d'Ulm en Allemagne. Les résultats ont été publiés dans la revue Advanced Materials. Outre la production d'hydrogène, ces découvertes pourraient avoir un impact important sur la conception future de catalyseurs pour la conversion énergétique, la fabrication chimique et les processus industriels durables.

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