Le ruthénium est largement utilisé pour accélérer les réactions chimiques, mais sa rareté et son coût rendent son utilisation efficace un objectif de recherche important. Une approche consiste à disperser le ruthénium sous forme d’atomes individuels, ce qui permet à une plus grande proportion du métal de participer aux réactions que lorsqu’il est présent sous forme de particules plus grosses.
Des chercheurs de l’Université de Tohoku, en collaboration avec l’Université de Tsukuba, l’Université de Kyoto et l’Université d’Osaka, ont mis au point une méthode de production de catalyseurs à atomes uniques de ruthénium à haute densité. Ce matériau peut convertir le dioxyde de carbone en acide formique, une matière première utilisée par plusieurs industries. Les résultats ont été publiés dans Angewandte Chemie International Edition.
Le principal défi consistait à empêcher les atomes de ruthénium de s’assembler lorsque de plus grandes quantités de métal étaient incorporées au catalyseur. L’équipe a conçu des molécules dotées d’une structure plus flexible, capables d’accueillir les atomes plus efficacement. Le chauffage de ces molécules a produit un matériau carboné poreux et organisé, qui maintenait les atomes de ruthénium séparés.
Grâce à ce procédé, les chercheurs ont obtenu une concentration de ruthénium pouvant atteindre 11 % en poids. L’article source indique que les catalyseurs conventionnels à atomes uniques de ruthénium contiennent généralement moins de 2 %.
Les essais ont montré que le catalyseur convertissait le dioxyde de carbone en acide formique avec une sélectivité supérieure à 99 %, ce qui indique que très peu de sous-produits indésirables étaient générés. Ses performances sont restées élevées après des utilisations répétées, sans agglomération observée des atomes de ruthénium ni détérioration de la structure carbonée.
Les chercheurs estiment que cette approche pourrait favoriser une utilisation plus efficace des ressources limitées en métaux précieux. Ils prévoient d’étudier si la même stratégie peut être appliquée à d’autres métaux précieux, notamment le platine, le palladium et l’iridium.
Sources: Phys.org.