Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction chimique, ou abaisse la température ou la pression nécessaire pour en démarrer une, sans être elle-même consommée pendant la réaction. La catalyse est le processus d’ajout d’un catalyseur pour faciliter une réaction.

Au cours d’une réaction chimique, les liaisons entre les atomes dans les molécules sont brisées, réarrangées et reconstruites, recombinant les atomes en nouvelles molécules. Les catalyseurs rendent ce processus plus efficace en abaissant l’énergie d’activation, qui est la barrière énergétique qui doit être surmontée pour qu’une réaction chimique se produise. En conséquence, les catalyseurs facilitent la rupture des atomes et la formation de liaisons chimiques pour produire de nouvelles combinaisons et de nouvelles substances.

L’utilisation de catalyseurs conduit à des réactions chimiques plus rapides et plus économes en énergie. Les catalyseurs ont également une propriété clé appelée sélectivité, par laquelle ils peuvent diriger une réaction pour augmenter la quantité de produit désiré et réduire la quantité de sous-produits indésirables. Ils peuvent produire des matériaux entièrement nouveaux avec des utilisations potentielles entièrement nouvelles.

Au cours des dernières décennies, les scientifiques ont mis au point des catalyseurs de plus en plus spécialisés pour des applications réelles essentielles. En particulier, de puissants catalyseurs ont transformé l’industrie chimique. Ces progrès ont conduit à des plastiques biodégradables, à de nouveaux produits pharmaceutiques et à des carburants et des engrais plus sûrs pour l’environnement.

Bureau des sciences du DOE: Contributions à la recherche sur les catalyseurs

Le programme des sciences fondamentales de l’énergie du Bureau des Sciences du Ministère de l’Énergie (DOE) soutient activement la recherche fondamentale sur les catalyseurs. Le DOE se concentre sur la conception de nouveaux catalyseurs et sur l’utilisation de catalyseurs pour contrôler les transformations chimiques aux niveaux moléculaire et sub-moléculaire. La recherche du DOE met l’accent sur la compréhension de ces réactions et sur la façon de les rendre plus efficaces et ciblées. L’objectif global du DOE est de développer de nouveaux concepts de catalyse et de nouveaux catalyseurs pour aider l’industrie à produire des carburants et des produits chimiques à partir de matières premières fossiles et renouvelables de manière plus efficace et durable. Cette recherche aide à faire progresser les combustibles solaires, qui sont des carburants fabriqués par les entreprises en utilisant le soleil et des produits chimiques courants comme le dioxyde de carbone et l’azote. Cette recherche crée également des méthodes avancées pour transformer le plastique mis au rebut en nouveaux produits.

Faits rapides

• Les humains utilisent des catalyseurs depuis des milliers d’années. Par exemple, la levure que nous utilisons pour fabriquer le pain contient des enzymes, qui sont des catalyseurs naturels qui aident à la conversion de la farine en pain.
• Le Prix Nobel de chimie 2005 a été décerné à trois chercheurs (Yves Chauvin, Robert H. Grubbs et Richard R. Schrock) pour leurs travaux sur les catalyseurs de métathèse. Les Drs Grubbs et Schrock ont été financés en partie par le DOE pour leurs recherches récompensées par le prix Nobel. Le Dr Schrock continue d’être financé par le DOE.
• Le Prix Nobel de chimie 2018 a été décerné à Frances H. Arnold pour son travail de pionnier visant à diriger l’évolution des enzymes pour des applications telles que les carburants renouvelables inoffensifs pour l’environnement. Elle est financée en partie par le DOE.
• Visitez le laboratoire national d’Argonne pour sept autres choses que vous ne savez peut-être pas sur la catalyse.

Ressources

• Programme BES du Bureau des sciences du DOE
• Découvrez les orientations de recherche du DOE sur les catalyseurs chimiques.
• Rapport: Besoins de recherche fondamentale pour la science de la catalyse
• Comment les catalyseurs transforment l’industrie chimique, les combustibles solaires et le recyclage des polymères.
• Point culminant de la science: La Catalyse Voit la lumière