Une nouvelle couche protectrice développée par les chercheurs améliore la durabilité des catalyseurs en or, élargissant potentiellement leurs applications industrielles et leur efficacité. Crédit : Issues.fr.com
Une couche protectrice appliquée sur les nanoparticules d’or peut renforcer leur résilience.
Pour la première fois, des chercheurs, dont ceux de l’Université de Tokyo, ont découvert un moyen d’améliorer la durabilité des catalyseurs en or en créant une couche protectrice d’amas d’oxydes métalliques. Les catalyseurs en or améliorés peuvent résister à une plus grande gamme d’environnements physiques par rapport aux matériaux équivalents non protégés.
Cela pourrait accroître leur gamme d’applications possibles, ainsi que réduire la consommation d’énergie et les coûts dans certaines situations. Ces catalyseurs sont largement utilisés dans les milieux industriels, notamment dans la synthèse chimique et la production de médicaments. Ces industries pourraient bénéficier de catalyseurs en or améliorés.
L’attrait unique de l’or
Tout le monde aime l’or : les athlètes, les pirates, les banquiers – tout le monde. Historiquement, c’est un métal attrayant pour fabriquer des objets, comme des médailles, des bijoux, des pièces de monnaie, etc.
La raison pour laquelle l’or nous semble si brillant et séduisant est qu’il est chimiquement résistant aux conditions physiques qui pourraient autrement ternir d’autres matériaux, par exemple la chaleur, la pression, l’oxydation et d’autres dommages.
Paradoxalement, cependant, à l’échelle nanoscopique, de minuscules particules d’or inversent cette tendance et deviennent très réactives, à tel point qu’elles sont depuis longtemps essentielles à la réalisation de différents types de catalyseurs, de substances intermédiaires qui accélèrent ou permettent d’une manière ou d’une autre une réaction. réaction chimique à avoir lieu. En d’autres termes, ils sont utiles ou nécessaires pour transformer une substance en une autre, d’où leur utilisation répandue en synthèse et en fabrication.
La protection contre les thiols et les polymères organiques est deux moyens existants pour ajouter de la résilience aux nanoparticules d’or. À droite, une représentation de la nouvelle méthode des chercheurs utilisant le polyoxométalate. Crédit : ©2024 Suzuki et al.
L’innovation derrière les catalyseurs d’or améliorés
« L’or est un métal merveilleux et est à juste titre loué dans la société, et en particulier dans la science », a déclaré le professeur agrégé Kosuke Suzuki du département de chimie appliquée de l’université de Tokyo.
« C’est un excellent catalyseur et peut nous aider à synthétiser toute une série de choses, y compris des médicaments. Les raisons en sont que l’or a une faible affinité pour les molécules absorbantes et est également très sélectif quant à ce avec quoi il se lie, ce qui permet un contrôle très précis des processus de synthèse chimique. Les catalyseurs en or fonctionnent souvent à des températures et des pressions plus basses que les catalyseurs traditionnels, nécessitant moins d’énergie et réduisant l’impact environnemental.
Image à résolution atomique de la nouvelle nanoparticule des chercheurs réalisée à l’aide d’une technique appelée microscopie électronique à transmission par balayage à champ sombre annulaire. Crédit : ©2024 Suzuki et al.
Aussi bon que soit l’or, il présente néanmoins certains inconvénients. Il devient plus réactif à mesure que les particules sont plus petites, et il existe un point à partir duquel un catalyseur à base d’or peut commencer à souffrir négativement de la chaleur, de la pression, de la corrosion, de l’oxydation et d’autres conditions. Suzuki et son équipe ont pensé pouvoir améliorer cette situation et ont conçu un nouvel agent protecteur qui pourrait permettre à un catalyseur en or de conserver ses fonctions utiles, mais dans une plus grande gamme de conditions physiques qui entravent ou détruisent généralement un catalyseur en or typique.
« Les nanoparticules d’or actuellement utilisées dans les catalyseurs bénéficient d’un certain niveau de protection, grâce à des agents tels que les dodécanethiols et les polymères organiques. Mais notre nouveau test est basé sur un groupe d’oxydes métalliques appelés polyoxométalates et offre des résultats bien supérieurs, notamment en ce qui concerne le stress oxydatif », a déclaré Suzuki.
« Nous étudions actuellement les nouvelles structures et applications des polyoxométalates. Cette fois, nous avons appliqué les polyoxométalates à des nanoparticules d’or et avons constaté que les polyoxométalates améliorent la durabilité des nanoparticules. Le véritable défi consistait à appliquer un large éventail de techniques analytiques pour tester et vérifier tout cela.
Une approche analytique globale
L’équipe a utilisé diverses techniques connues collectivement sous le nom de spectroscopie. Il a utilisé pas moins de six méthodes spectroscopiques qui varient dans le type d’informations qu’elles révèlent sur un matériau et son comportement. Mais d’une manière générale, ils fonctionnent en projetant une sorte de lumière sur une substance et en mesurant comment cette lumière change d’une manière ou d’une autre à l’aide de capteurs spécialisés. Suzuki et son équipe ont passé des mois à effectuer divers tests et différentes configurations de leur matériel expérimental jusqu’à ce qu’ils trouvent ce qu’ils cherchaient.
Orientations futures et avantages sociétaux
« Notre objectif n’est pas seulement d’essayer d’améliorer certaines méthodes de synthèse chimique. Il existe de nombreuses applications de nos nanoparticules d’or améliorées qui pourraient être utilisées au profit de la société », a déclaré Suzuki.
« Des catalyseurs pour réduire la pollution (de nombreuses voitures à essence sont déjà équipées d’un pot catalytique familier), des pesticides moins impactants, une chimie verte pour les énergies renouvelables, des interventions médicales, des capteurs pour les agents pathogènes d’origine alimentaire, la liste est longue. Mais nous voulons aussi aller plus loin.
« Nos prochaines étapes consisteront à améliorer la gamme de conditions physiques auxquelles nous pouvons rendre les nanoparticules d’or plus résilientes, et également à voir comment nous pouvons ajouter une certaine durabilité à d’autres métaux catalytiques utiles comme le ruthénium, le rhodium, le rhénium et, bien sûr, quelque chose que les gens apprécient. encore plus précieux que l’or : le platine.
L’étude a bénéficié du soutien financier de JST FOREST (JPMJFR213M pour KS, JPMJFR2033 pour RI), JST PRESTO (JPMJPR18T7 pour KS, JPMJPR19T9 pour SY, JPMJPR20T4 pour AN, JPMJPR227A pour TY), JSPS KAKENHI (22H04971 pour K.Ya) et le Programme JSPS Core-to-Core. Les mesures XAFS ont été effectuées à Printemps-8 avec l’approbation du Japan Synchrotron Radiation Research Institute (numéros de proposition : 2023A1732, 2023A1554, 2022B1860, 2022B1684). Une partie de ce travail a été financée par l’Infrastructure de recherche avancée sur les matériaux et la nanotechnologie au Japon (ARIM) du ministère de l’Éducation, de la Culture, des Sports, des Sciences et de la Technologie (MEXT), numéros de subvention JPMXP1222UT0184 et JPMXP1223UT0029.
