Le marché des catalyseurs au platine est très concentré, les 12 premiers producteurs représentant 68 % de la part mondiale. Heraeus, avec BASF et Johnson Matthey (Royaume-Uni), forme le premier groupe, dominant les secteurs haut de gamme tels que les piles à combustible et les catalyseurs de chimie fine. Heraeus domine le secteur de la purification des gaz d'échappement automobiles avec ses catalyseurs au platine porteur haute activité (66,5 % du marché mondial). BASF fournit des solutions de location et de technologie de métaux précieux via son modèle « Catalyst-as-a-Service » (CaaS), ce qui réduit la pression sur le capital des clients. Le deuxième groupe comprend Evonik et des entreprises chinoises telles que Kaili New Material et Platinum Source Catalyst, qui se concentrent sur l'itération de la technologie à faible platinisation. Par exemple, Platinum Source Catalysts a développé des catalyseurs en alliage platine-cobalt de deuxième génération, avec une charge en platine inférieure de 33 % et un taux de décroissance de seulement 3 % sur 30 000 cycles, qui ont été fournis à un certain nombre de sociétés de réacteurs électriques.
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De par leur structure, les catalyseurs au platine se divisent en catalyseurs multiphasiques (réaction solide-gaz/liquide) et catalyseurs homogènes (réaction liquide). Les catalyseurs multiphasiques au platine sont dominants (66,5 %), avec un support de type :
- Type de support d'alumine : utilisé pour l'hydrogénation du styrène, avec une surface spécifique de 289,5 m²/g et un taux de conversion de 94,5 % (en 100 minutes) ;
- Type de support de carbone : le matériau de base de la pile à combustible, mais le carbone platine traditionnel est facile à corroder, ce qui entraîne la chute des particules de platine ;
- Type de support d'oxyde métallique : tel que Pt/TiO₂-Ov, qui utilise les lacunes d'oxygène pour améliorer la conductivité électrique et présente une résistance à l'empoisonnement au CO 3 fois supérieure à celle du carbone Pt traditionnel.
Parmi les applications, la chimie fine représente 59,6 %, suivie de la purification des gaz d'échappement automobiles (catalyseur trois voies) et des piles à combustible. Dans le domaine des piles à combustible à hydrogène, l'utilisation de catalyseurs au platine pour réduire la charge en platine est devenue une tendance. Par exemple, les catalyseurs à un seul atome de platine réduisent la charge de 90 %, la charge de l'électrode à membrane étant ramenée à 0,02 mg/cm².
Le rôle principal des catalyseurs au platine est de réduire l'énergie d'activation de la réaction et de l'accélérer à basse/moyenne température sans se consumer. Dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), où le catalyseur au platine pilote la réaction de réduction cathodique de l'oxygène (ORR), les catalyseurs au platine conventionnels présentent une activité massique de seulement 0,7 A/mgPt, tandis que les catalyseurs au platine monoatomiques augmentent cette activité à 3,86 A/mgPt (5,3 fois supérieure à celle du platine commercial) via un centre actif Pt-N₄ et bloquent le trajet à 4 électrons pour éviter la corrosion des sous-produits. L'interaction électronique métal-porteur (EMSI) des catalyseurs au platine est essentielle en termes de résistance à la toxicité. Par exemple, dans Pt/TiO₂-Ov, les lacunes d'oxygène entraînent le flux d'électrons du TiO₂ vers le platine, affaiblissant l'adsorption de CO, et la densité de courant diminue de seulement 3,67 % après l'injection de 1 000 ppm de CO, par rapport aux désintégrations conventionnelles du platine-carbone de plus de 10 %.
Les performances des catalyseurs au platine dépendent de la conception du support et du procédé de dispersion du platine. Parmi les innovations en matière de supports, on peut citer : le carbone dopé à l'azote pour améliorer l'efficacité d'ancrage des atomes de platine ; et les lacunes d'oxygène du dioxyde de titane pour optimiser la conduction électronique. Dans le processus de préparation, la méthode par micro-ondes continues est devenue une avancée majeure : le Collège des arts et des sciences du Hubei a utilisé un système mixte d'éthylène glycol et de rayonnement micro-ondes pour synthétiser des nanoparticules de platine de granulométrie uniforme (3,02 nm) en 3 minutes, avec une activité d'électro-oxydation du méthanol atteignant 76,95 mA/cm², soit une augmentation de 63,6 % par rapport aux catalyseurs commerciaux. Le défi de la production de masse réside dans la stabilité de la dispersion au niveau atomique. L'Université de Shanghai a développé une stratégie synergique à deux atomes (par exemple, l'appariement Pt-Fe) pour inhiber l'agglomération à haute température grâce à de fortes interactions métal-porteur ; la catalyse à base de platine combine l'auto-assemblage nanométrique avec la technologie des super-réseaux Pt-Co pour résoudre le problème de l'homogénéisation granulométrique et de la préparation à grande échelle. Actuellement, les grandes entreprises réduisent les coûts grâce à un alliage à faible teneur en platine + un traitement au laser et encouragent le développement de catalyseurs au platine avec une capacité de charge < 0,05 mg/cm².
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