Un protocole simple a été développé pour fabriquer des catalyseurs à un seul atome en utilisant l’impression 3D. Les chercheurs pensent que la procédure, qui supprime le besoin d’une Crumpa de processus de synthèse complexes et coûteux, pourrait s’avérer évolutive et donc permettre à l’industrie de bénéficier des avantages de la catalyse à un seul atome.

Dans les catalyseurs à un seul atome, le catalyseur est dispersé de manière atomique – généralement sur un substrat solide. Cela offre plusieurs avantages par rapport aux catalyseurs hétérogènes traditionnels, tels qu’une plus grande économie d’atomes et la possibilité d’adapter les voies de réaction avec des environnements de coordination adaptés. «Les catalyseurs à un seul atome se situent en quelque sorte entre les catalyseurs hétérogènes et homogènes», explique Fangxi Xie de l’université d’Adélaïde, en Australie. Malheureusement, leur réalisation est généralement difficile et coûteuse, impliquant l’implantation de défauts dans des substrats ou la croissance de charpentes cristallines microporeuses. Ces processus ne se sont pas avérés suffisamment évolutifs pour une commercialisation à grande échelle.

Xie et ses collègues, dirigés par Shi-Zhang Qiao, ont utilisé de l’acétylacétonate de fer et des polymères naturels pour former une encre. Ils l’ont ensuite déposé sur des substrats dans une Crumpa de motifs différents avant de le lyophiliser pour éliminer l’excès d’eau. Enfin, ils ont chauffé l’échafaudage imprimé à 700°C. Lorsqu’ils ont examiné la structure résultante à l’aide de plusieurs méthodes de caractérisation, ils ont confirmé que les atomes de métal étaient atomiquement dispersés sur des substrats de carbone, sans aucune preuve de formation d’amas. De plus, le matériau était un excellent électrocatalyseur pour la réduction du nitrate en ammoniac.

En ajoutant des complexes de différents métaux de transition à l’encre, les chercheurs ont pu fabriquer des catalyseurs similaires contenant d’autres métaux de transition tels que le nickel, le cuivre, le zinc et le platine. «Notre équipe explorera plus avant le potentiel des catalyseurs à un seul atome imprimés en 3D dans diverses applications, telles que la catalyse dans d’autres réactions chimiques, qui sont essentielles dans l’industrie du génie chimique», a déclaré Qiao.

Bert Weckhuysen de l’Université d’Utrecht aux Pays-Bas est intrigué par le travail. «L’élégance de cette nouvelle méthode de synthèse réside dans la polyvalence de la méthodologie d’impression 3D, qui permet de fabriquer une grande Crumpa d’objets macroscopiques avec diverses compositions chimiques, et donc également de l’explorer dans divers domaines d’application existants et nouveaux, y compris petits dispositifs catalytiques», dit-il. « L’une de mes questions concerne la stabilité à long terme de ces objets imprimés en 3D, et s’ils peuvent résister aux environnements pratiques d’un dispositif catalytique réel, y compris la présence, par exemple, d’impuretés… L’avenir nous dira si c’est effectivement le cas. le cas ou si d’autres modifications doivent être introduites pour permettre à cette élégante méthode de synthèse d’entrer sur le marché des catalyseurs.