Pourquoi ce superatome Cu₄₅ ultra-stable de cuivre pourrait bien révolutionner le recyclage du carbone

Une percée scientifique très attendue

C’est le genre de nouvelle que les chimistes attendaient depuis des années. Imaginez un instant : des scientifiques ont enfin réussi à créer un « superatome » de cuivre stable. Pourquoi est-ce important pour vous ? Parce que cette découverte, longtemps espérée, pourrait radicalement changer notre façon de traiter les émissions de carbone.

Le cuivre, vous connaissez : c’est un métal bon marché et très courant. Mais il a un super-pouvoir caché. Il possède une capacité unique, le couplage carbone-carbone (C-C), qui permet théoriquement de lier des atomes de carbone entre eux. En gros, on pourrait l’utiliser pour transformer le dioxyde de carbone (ce fameux CO2 dont on parle tant) en produits utiles comme l’éthylène pour les plastiques ou les carburants.

Le hic ? Jusqu’à présent, le cuivre était trop fragile pour ce boulot. Dès qu’il est exposé à l’air ou aux conditions industrielles difficiles, il se corrode ou se désagrège presque immédiatement. C’était l’impasse, jusqu’à aujourd’hui.

Cu45 : le secret d’une architecture blindée

Alors, qu’est-ce qui change avec cette nouvelle étude publiée dans le prestigieux Journal of the American Chemical Society ? Une équipe de l’Université Tsinghua, à Pékin, a fabriqué un nanocluster composé précisément de 45 atomes de cuivre, qu’ils ont baptisé Cu45.

C’est ce qu’on appelle un superatome : un amas d’atomes qui se comporte comme s’il n’était qu’un seul atome, mais avec une stabilité bien supérieure. L’astuce réside dans leur arrangement. Ces 45 atomes forment une structure à « couche fermée ». Pour faire simple, leurs électrons sont aussi stables que ceux des gaz nobles, comme le néon ou l’argon, qui sont naturellement inertes et ne réagissent pas avec leur environnement.

Pour couronner le tout, ce cluster n’est pas laissé à nu. Il est enveloppé dans une coquille protectrice de molécules organiques. C’est cette armure qui lui évite de tomber en miettes, un sort que connaissaient malheureusement toutes les tentatives précédentes de création de superatomes de cuivre.

Résistant à tout, même à l’acide

Pour prouver que leur création tenait la route, les chercheurs n’y sont pas allés de main morte. Ils ont soumis le Cu45 à une batterie de tests qui auraient normalement détruit du cuivre ordinaire. Le résultat est bluffant : le cluster est resté parfaitement intact dans de l’eau bouillante, dans de l’acide concentré et face à des produits chimiques agressifs. Ils l’ont même chauffé jusqu’à 95°C. C’est un niveau de résistance qu’on n’avait jamais vu auparavant pour un nanocluster de cuivre.

Puisqu’il pouvait survivre à cet enfer, les auteurs de l’étude sont passés à la pratique avec une expérience d’électrocatalyse. L’idée ? Utiliser l’électricité pour casser les molécules de dioxyde de carbone et laisser le cuivre les recoudre sous de nouvelles formes. Et ça marche.

Le cluster a converti le CO2 en éthylène avec une efficacité redoutable de plus de 80 %. Rappelons que l’éthylène est l’un des produits chimiques industriels les plus importants, servant à tout fabriquer, des plastiques aux carburants verts. Comme l’écrivent les chercheurs : « Cu45 est le premier électrocatalyseur à superatome de Cu bien défini […] présentant des performances exceptionnelles… surpassant tous les catalyseurs à clusters de cuivre connus ».

Une nouvelle voie pour la chimie verte

Au-delà de cette réussite technique, l’équipe estime que leur découverte ouvre une porte immense. Ce travail offre de nouvelles perspectives pour concevoir des catalyseurs en cuivre robustes pour une large gamme d’utilisations. En clair, cela permet d’envisager leur application plus large dans la recherche future et le développement technologique. Ce n’est peut-être qu’un début, mais c’est un pas de géant pour la transformation du carbone.

Selon la source : phys.org

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