Nous nous intéressons ici à des catalyseurs formés par des monomères de Pt dispersés dans des NP de Ga supportées sur l’alumine. Ces NP se transforment en gouttes liquide à des températures inférieures à 30°C. Dépourvu de l’effet d’ensemble et avec des effets électroniques forts qui affectent significativement l'adsorption des réactifs, ces catalyseurs ont montré des grandes performances pour la réaction de déshydrogénation du propane et une résistance unique à la formation de coke. Notre projet consiste à étudier à l’échelle atomique les sites catalytiquement actifs de Pt et à déterminer d’une part, comment le métal noble est affecté par la présence d'une matrice de Ga liquide et d’autre part, comment évolue-t-il en présence de molécules adsorbées (H2, H, CO, propanes, etc..).
DES CONFIGURATIONS PLUS STABLES
L’étude théorique est menée en combinant des calculs issus de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et des simulations de dynamique moléculaires abinitio (AIMD) sur des surfaces semi-infinie de Pt/Ga (voir figure) et des petits agrégats Ga/Al2O3, Pt/Al2O3 et Ga12Pt/Al2O3 évoluant en présence de gaz. Plus précisément, nous appli- quons la méthode dite de recuit simulé (simulated annealing) qui permet de trouver les configurations les plus stables d’un système donné en analysant un vaste espace de configuration structurale. Les simulations sont effectuées dans l’ensemble NVT suivie de trempes à 0 K par DFT. Les trajectoires évoluent avec des temps allant jusqu’à 30 ps et un temps de chaque étape à 10 fs. Plusieurs températures de simulation sont explorées (entre 200 et 1000 K), ainsi que plusieurs géométries de départ. Les résultats montrent le rôle déterminant des molécules adsorbées qui permettent de retenir le Pt à la surface du Ga et mettent en évidence des transferts de charges importants entre Pt et adsorbats, ce qui explique les propriétés uniques de ces catalyseurs comparés aux NP pures.
Modélisation AIMD (30 ps) montrant l’évolution dans le temps de la position de deux atomes de Pt isolés placés de part et d’autre d’un slab de Ga. En rose, le Pt initialement en surface, s’enfonce dans le volume. En vert, la présence de CO adsorbé induit une stabilisation du Pt en surface.