Les boules d'or et les "graines" de nanoparticules souvent utilisées sont une seule et même chose
Un laboratoire de Rice découvre que les nanoparticules couramment utilisées sont des cousines des buckyballs originales
Des chimistes de l'université Rice ont découvert que les minuscules particules d'or "de semence", un ingrédient clé dans l'une des recettes de nanoparticules les plus courantes, sont identiques aux buckyballs d'or, des molécules sphériques de 32 atomes qui sont les cousines des buckyballs de carbone découverts à Rice en 1985.
Les buckyballs de carbone sont des molécules creuses de 60 atomes qui ont été co-découvertes et nommées par le chimiste Richard Smalley, aujourd'hui décédé. Il les a surnommées "buckminsterfullerènes" parce que leur structure atomique lui rappelait les dômes géodésiques de l'architecte Buckminster Fuller, et la famille des "fullerènes" s'est élargie pour inclure des dizaines de molécules creuses.
En 2019, les chimistes Matthew Jones et Liang Qiao de Rice ont découvert que les fullerènes dorés sont les particules d'or "de semence" que les chimistes utilisent depuis longtemps pour fabriquer des nanoparticules d'or. Cette découverte est intervenue quelques mois seulement après la première synthèse signalée de boules d'or, et a révélé que les chimistes utilisaient les molécules d'or sans le savoir depuis des décennies.
"Ce dont nous parlons est sans doute la méthode la plus répandue pour générer un nanomatériau", a déclaré M. Jones. "La raison en est qu'elle est incroyablement simple. Il n'est pas nécessaire de disposer d'un équipement spécialisé. Des lycéens peuvent le faire.
Jones, Qiao et des coauteurs de Rice, de l'université Johns Hopkins, de l'université George Mason et de l'université de Princeton ont passé des années à rassembler des preuves pour vérifier la découverte et ont récemment publié leurs résultats dans Nature Communications.
M. Jones, professeur adjoint de chimie, de science des matériaux et de nano-ingénierie à l'université Rice, a déclaré que le fait de savoir que les nanoparticules d'or sont synthétisées à partir de molécules pourrait aider les chimistes à découvrir les mécanismes de ces synthèses.
"C'est la raison pour laquelle ce travail est important", a-t-il déclaré.
Selon M. Jones, les chercheurs ont découvert au début des années 2000 comment utiliser des particules de semences d'or dans des synthèses chimiques qui ont produit de nombreuses formes de nanoparticules d'or, notamment des bâtonnets, des cubes et des pyramides.
"Il est très intéressant de pouvoir contrôler la forme des particules, car cela modifie de nombreuses propriétés", a déclaré M. Jones. "C'est la synthèse que presque tout le monde utilise. Elle est utilisée depuis 20 ans, et pendant toute cette période, ces graines étaient simplement décrites comme des "particules".
Jones et Qiao, un ancien chercheur postdoctoral du laboratoire de Jones, ne cherchaient pas l'or-32 en 2019, mais ils l'ont remarqué dans les relevés de spectrométrie de masse. La découverte des buckyballs au carbone 60 s'est déroulée de la même manière. Et les coïncidences ne s'arrêtent pas là. M. Jones est le professeur adjoint de chimie Norman et Gene Hackerman à Rice. Smalley, qui a partagé le prix Nobel de chimie 1996 avec Robert Curl (Rice) et Harold Kroto (Royaume-Uni), a été titulaire de la chaire Hackerman de chimie à Rice pendant de nombreuses années avant son décès en 2005.
Confirmer que les semences largement utilisées étaient des molécules d'or-32 plutôt que des nanoparticules a demandé des années d'efforts, notamment l'imagerie de pointe du groupe de recherche de Yimo Han à Rice et des analyses théoriques détaillées par les groupes de Rigoberto Hernandez à Johns Hopkins et d'Andre Clayborne à George Mason.
Selon M. Jones, la distinction entre nanoparticule et molécule est importante et permet de comprendre l'impact potentiel de l'étude.
"Les nanoparticules sont généralement similaires en termes de taille et de forme, mais elles ne sont pas identiques", a expliqué M. Jones. "Si je fabrique un lot de nanoparticules d'or sphériques de 7 nanomètres, certaines d'entre elles auront exactement 10 000 atomes, alors que d'autres en auront 10 023 ou 9 092.
"Les molécules, en revanche, sont parfaites", a-t-il déclaré. "Je peux écrire la formule d'une molécule. Je peux dessiner une molécule. Et si je fais une solution de molécules, elles sont toutes exactement les mêmes en ce qui concerne le nombre, le type et la connectivité de leurs atomes".
Selon M. Jones, les spécialistes des nanosciences ont appris à synthétiser de nombreuses nanoparticules utiles, mais les progrès sont souvent le fruit d'essais et d'erreurs, car "il n'y a pratiquement pas de compréhension mécaniste" de leur synthèse.
"Le problème est assez simple", a-t-il déclaré. C'est comme si l'on disait : "Je veux que tu me fasses un gâteau et je vais te donner un tas de poudres blanches, mais je ne vais pas te dire ce qu'elles sont". Même si vous avez une recette, si vous ne savez pas quels sont les matériaux de départ, c'est un cauchemar de savoir quels ingrédients font quoi.
"Je veux que les nanosciences soient comme la chimie organique, où l'on peut fabriquer essentiellement ce que l'on veut, avec les propriétés que l'on veut", a déclaré M. Jones.
Selon lui, les chimistes organiciens ont un contrôle exquis sur la matière "parce que les chimistes qui les ont précédés ont effectué un travail mécaniste incroyablement détaillé pour comprendre toutes les façons précises dont ces réactions opèrent. Nous sommes très, très loin de cela dans le domaine des nanosciences, mais le seul moyen d'y parvenir est de faire un travail comme celui-ci et de comprendre, d'un point de vue mécanique, de quoi nous partons et comment les choses se forment. C'est l'objectif ultime.
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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