Des chercheurs de l'Université de Rochester ont décodé les mécanismes au niveau atomique derrière les catalyseurs qui convertissent le propane en propylène, un matériau clé pour les plastiques et d'autres produits. Leurs algorithmes ont révélé des comportements inattendus d'oxydes qui stabilisent la réaction en s'agglutinant autour de sites métalliques défectueux. Les résultats, publiés dans le Journal of the American Chemical Society, pourraient améliorer les processus industriels comme la synthèse du méthanol.
Le propylène, essentiel pour des articles comme les bouteilles en plastique et les meubles de jardin, est produit en convertissant le propane à l'aide de catalyseurs. Une étude de 2021 dans Science a démontré que des catalyseurs nanométriques en tandem pouvaient combiner plusieurs étapes en une seule réaction, augmentant le rendement et réduisant les coûts. Cependant, les détails atomiques de ce processus étaient flous, limitant son application à d'autres réactions.
Pour y remédier, Siddharth Deshpande, professeur adjoint au Département de génie chimique et de durabilité de l'Université de Rochester, et son doctorante Snehitha Srirangam ont développé des algorithmes pour analyser la chimie complexe. Ces outils examinent de nombreuses possibilités aux sites actifs catalytiques, en se concentrant sur les interactions clés alors que les matériaux passent d'un état à l'autre.
"Il y a tant de possibilités différentes quant à ce qui se passe aux sites actifs catalytiques, nous avons donc besoin d'une approche algorithmique pour examiner facilement et logiquement la grande quantité de possibilités existantes et nous concentrer sur les plus importantes," a déclaré Deshpande. Leur analyse a montré que les oxydes se forment sélectivement autour de sites métalliques défectueux, stabilisant le catalyseur malgré des compositions variables.
Cette réorganisation sélective des oxydes par site améliore la sélectivité dans la déshydrogénation oxydative du propane, comme détaillé dans leur étude intitulée "Site-Selective Oxide Rearrangement in a Tandem Metal–Metal Oxide Catalyst Improves Selectivity in Oxidative Dehydrogenation of Propane," publiée dans le Journal of the American Chemical Society (2025 ; 147 (45) : 41727, DOI : 10.1021/jacs.5c13571).
Deshpande a noté l'impact plus large : "Notre approche est très générale et peut ouvrir la voie à la compréhension de nombreux processus qui sont restés un mystère pendant des décennies." Ces insights pourraient réduire la dépendance aux essais et erreurs dans la production de produits chimiques industriels, y compris ceux pour les peintures et les piles à combustible.