Le professeur Nadi Braidy : microscopie électronique des nanoparticules catalytiques épuisées. À droite, une image de microscope électronique en transmission des nanoparticules d'environ 30 nm de diamètre en perte d'activité. À gauche, une carte chimique obtenue par spectroscopie en perte d'énergie des électrons de la même région montrant la distribution spatiale de carbures et d'oxydes de fer, à la même échelle.
Photo: Martin Blache Les chimistes des 19e et 20e siècles ont démontré que la catalyse s'effectuait à la surface des particules, et c'est en ce sens qu'ils les ont fragmentées encore plus afin d'en augmenter les apports bénéfiques. Le professeur Nadi Braidy, du Département de génie chimique et de génie biotechnologique de l'Université canadienne de Sherbrooke, explore la synthèse et la caractérisation de nouveaux assemblages de nanomatériaux et des pistes nanotechnologiques innovatrices capables d'améliorer la productivité et la qualité des produits de réaction chimique. Nombre de ces réactions visent à réduire ou à éliminer les sources de polluants atmosphériques ou les odeurs désagréables émises par des réacteurs ou des cheminées.
Parmi les produits manufacturés, 90 % sont le résultat d'une catalyse. Il est donc essentiel d'avoir les outils nécessaires pour optimiser la fabrication de ces catalyseurs. À l'aide de puissants microscopes électroniques capables de sonder la matière à l'échelle atomique, le professeur Braidy a étudié la complexité des phases cristallines des nanomatériaux, soit la manière dont les atomes des matériaux s'agencent dans l'espace en fonction de différentes températures.
"Non seulement les phases cristallines diffèrent à l'échelle du nanomètre, mais selon la nature de l'interface, la configuration des phases en sera affectée", explique le professeur. Les particules catalytiques sont typiquement supportées sur un substrat tel que de l'alumine ou d'autres oxydes. Il advient que l'interface entre la particule et le substrat joue un rôle capital dans la spécificité des réactions chimiques pour la synthèse de produits à haute valeur ajoutée.
Le chercheur explique que pour qu'un élément puisse être qualifié de nano, deux conditions s'imposent. D'une part, les structures de base doivent être plus petites que 100 nanomètres et d'autre part, les propriétés doivent être différentes de celles retrouvées dans le monde macroscopique. D'après ce spécialiste des nanotechnologies, c'est davantage leur petite taille qui leur confère des propriétés accrues ou différentes.Les produits issus de la nanotechnologie émergent et sont fabriqués en petites quantités pour des applications à forte valeur ajoutée. Ces nanoparticules aux propriétés différentes peuvent être assemblées au moyen de méthodes de nanoassemblage (ou même d'autoassemblage) pour créer un nouveau matériau avec plusieurs propriétés, lui octroyant ainsi une nouvelle fonction.
L'importance de l'interface entre deux nanomatériaux se traduit également dans le domaine de la nanoélectronique, où elle doit favoriser ou empêcher le passage de courant électrique. Dans certains cas, diminuer le diamètre d'un matériau entraîne une reconfiguration de la phase cristalline et ainsi une modification importante de ses propriétés électriques.
Force est de constater que les phénomènes se déroulant dans le monde du nano changent la donne et peuvent même constituer une menace au bon fonctionnement des dispositifs électroniques !
L'environnement, le grand bénéficiaire
La catalyse est souvent utilisée pour la conversion de gaz nocifs pour l'environnement ou pour la synthèse de produits. Par exemple, des nanoparticules de platine, de palladium et de rhodium sont utilisées dans les silencieux de toutes les automobiles pour réduire les émissions nocives des moteurs.
L'industrie pétrochimique fait abondamment usage de différents types de catalyseurs pour rendre un grand nombre de réactions chimiques efficaces et propres.