Des chimistes découvrent des fissures dans l'amour des nanocristaux de cellulose
L'examen le plus détaillé jamais réalisé de la chimie de surface et de la structure des particules individuelles de nanocristaux de cellulose.
Des chimistes du Japon, du Canada et d'Europe ont découvert des défauts dans la structure de surface des nanocristaux de cellulose - une étape importante vers la déconstruction de la cellulose pour produire des nanomatériaux renouvelables utiles aux produits biochimiques, aux solutions énergétiques et aux biocarburants.
Les résultats, publiés dans Science Advances, constituentl'examen le plus détaillé jamais réalisé de la chimie de surface et de la structure des particules individuelles de nanocristaux de cellulose (CNC).
(A) Instantané de dynamique moléculaire d'un nanocristal de cellulose dans l'eau. L'axe c est perpendiculaire au plan de l'image. (B) Carte de densité d'oxygène de l'eau simulée en 3D autour d'un CNC de forme hexagonale avec les plans cristallins étiquetés. (C et D) Carte de densité 2D verticale moyennée des atomes d'oxygène de l'eau au-dessus du plan cristallin (010), prise à travers le plan zx dans la direction perpendiculaire à l'axe de la chaîne. (E et F) Tranches horizontales de densité d'eau en 2D extraites de la carte 3D aux positions verticales marquées par des flèches blanches et rouges dans les panneaux E et D, respectivement. (G et H) Cartes 2D verticales et horizontales ∆f obtenues expérimentalement de l'interface cellulose-eau, respectivement.
c 2022 Yurtsever, et al.
(A) Image AFM de défauts structurels sur la surface de la CNC, acquise dans l'eau. (B) Image de topographie AFM haute résolution d'une surface individuelle de CNC, révélant les détails de l'organisation moléculaire à l'interface. (C) L'image reconstruite de la surface dans le panneau B, obtenue en exécutant des spectres 2D-FFT inverse. (D et E) Cartes ∆f verticales 2D de l'interface cellulose-eau, indiquant les couches d'eau structurellement ordonnées.
c 2022 Yurtsever, et al.
L'équipe, dirigée par des chercheurs de l'université de Kanazawa, a appliqué la microscopie à force atomique tridimensionnelle (3D-AFM) et des simulations de dynamique moléculaire à des fibres CNC individuelles dans l'eau. Le balayage à haute résolution a révélé de nouveaux détails sur l'agencement des chaînes de cellulose à la surface des CNC.
"Il s'agit d'une étape essentielle vers la compréhension des mécanismes de dégradation des CNC, qui est cruciale pour la conversion de la biomasse, avec un intérêt pour les nanomatériaux renouvelables et la production chimique", a déclaré le professeur Takeshi Fukuma, directeur du Nano Life Science Institute de l'université de Kanazawa.
Pour l'essentiel, la structure d'une seule fibre CNC présentait des dispositions en nid d'abeille ou en chaîne en zigzag sur les parties cristallines, entrecoupées de régions désordonnées et non cristallines à intervalles irréguliers. Les chercheurs ont découvert des défauts structurels associés aux régions non cristallines de la surface.
"C'est un excellent exemple de collaboration internationale développée au Nano Life Science Institute de l'université de Kanazawa", a déclaré le professeur Mark MacLachlan de l'université de Colombie-Britannique, titulaire de la chaire de recherche du Canada sur les matériaux supramoléculaires et coauteur de l'article. "Il est important de visualiser la surface et les défauts de ces structures naturelles afin de faire progresser leurs applications."
Les chimistes du laboratoire du professeur MacLachlan à l'UBC ont participé à la conception de l'expérience et ont synthétisé et purifié les nanocristaux de cellulose pour le projet. Les études informatiques et la modélisation ont été réalisées par une équipe finlandaise, dirigée par le professeur Adam Foster.
L'étude a également modélisé l'arrangement tridimensionnel des molécules d'eau près de la surface des CNC, ce qui pourrait offrir aux spécialistes des matériaux des indices supplémentaires sur la façon dont la surface des CNC pourrait réagir à l'adsorption moléculaire, à la diffusion et aux réactions chimiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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