Le principe de Sabatier toujours d'actualité, y compris en nanocatalyse

Coeur métallique d'une nanoparticule de Ruthénium © LPCNO

La conception de nouveaux objets métalliques de taille nanométrique suscite depuis plusieurs années un intérêt certain, notamment dans le secteur de la catalyse. Dans ce domaine, l'interaction entre un catalyseur métallique et un réactif ne doit être ni trop forte ni trop faible pour que l'activité catalytique du métal soit optimale. Cette traduction moderne du principe énoncé par Paul Sabatier reste un principe qualitatif fort qui guide la compréhension de l'activité catalytique d'un métal, qu'il soit sous forme condensée ou de nanoparticules. D'un point de vue expérimental, la conception de nanocatalyseurs présentant une activité optimale est basée sur le contrôle de leur taille et de leur morphologie. Ceci peut être obtenu par des méthodes dérivées de la chimie organométallique qui permettent la synthèse de nanoparticules métalliques présentant un état de surface parfaitement contrôlé. Les ligands de surface tels que ceux qui habillent la nanoparticule de ruthénium ci-contre ont un rôle éminent, notamment sur sa forme et sa réactivité chimique. La chimie théorique peut contribuer à l'optimisation de tels nanocatalyseurs, sous réserve d'identifier le(s) paramètre(s) liant structure et activité catalytique.

Les travaux qui viennent d'être publiés dans la revue ACS Nano portent justement sur cette question de la réactivité et de la caractérisation des propriétés catalytiques des nanoparticules métalliques. Les chercheurs ont défini de nouveaux descripteurs, dont le principal est représenté sous forme d'une carte colorée, visant à jauger la force d'adsorption des molécules réactives à la surface de nanoparticules de ruthénium. En relation entre autres avec le principe de Sabatier, une telle carte permet d'identifier directement les spots de réactivité potentiellement les plus intéressants (ici en rouge).

à gauche : jauge de l'intensité de l'adsorption de molécules réactives sur la surface de la nanoparticule ; à droite : influence du champ des ligands sur la structure électronique d'un site actif © LPCNO

Du point de vue fondamental, l'ambition des chercheurs du LPCNO est de contribuer à établir un pont entre chimie moléculaire et chimie des nanoparticules métalliques. Sur un plan plus appliqué, si cette proposition théorique est confirmée pour d'autres métaux, ceci ouvrirait la voie au design in silico de nanoparticules métalliques aux propriétés catalytiques sur mesure.