Une méthode pour créer des nanoparticules sans utiliser de solvants pourrait conduire à une électronique respectueuse de l'environnement.

Les nanoparticules de composition et de taille contrôlables ont un grand potentiel en dispositifs optiques et chimiques, mais ils doivent être créés de manière sûre et rentable. Kazuhiro Takanabe et ses collègues de KAUST rapportent maintenant une méthode simple pour synthétiser des nanoparticules de sulfure de métal à basse température sans utiliser de solvants nocifs pour l'environnement.

Sulfures métalliques, qui sont des matériaux cristallins qui combinent un ou plusieurs atomes métalliques avec des atomes de soufre, avoir une excellente électronique, propriétés optiques et thermoélectriques. Les nanoparticules de ces matériaux sont une perspective passionnante pour le développement de dispositifs miniaturisés. Mais, le développement d'appareils aussi minuscules dépend d'un simple, méthode efficace et sûre pour créer des nanostructures métal-sulfure, de préférence à l'échelle commerciale. La méthode idéale ne devrait pas exiger l'utilisation de températures élevées ou de solvants ayant un impact négatif sur l'environnement ou la santé humaine.

Takanabe et son équipe démontrent maintenant une méthode sans solvant pour créer une large gamme de nanoparticules de sulfure de métal à l'aide d'un composé organique contenant du soufre appelé thiourée.

Significativement, les matériaux sulfurés cibles peuvent même être synthétisés à l'air libre. "Notre objectif était de rendre la synthèse à la fois simple et robuste, " dit Takanabe.

L'équipe ajoute de la thiourée et un oxyde ou nitrate du métal (ou des métaux) dans un creuset. Lorsqu'il est chauffé à une température relativement basse d'environ 200°C, la thiourée fond. Celui-ci fournit les atomes de soufre requis et joue également le même rôle qu'un solvant dans une approche classique, agissant comme les centres de base qui réagissent avec la source métallique.

Les chercheurs ont utilisé leur méthode pour produire des nanoparticules complexes de sulfure de métal quaternaire, à savoir CuGa2In3S8. Un polymère organique a été observé pour se former simultanément autour des nanoparticules de sulfure, créer une couche de recouvrement. Ils ont caractérisé les matériaux à l'aide de techniques de résonance magnétique nucléaire (RMN) à l'état solide et de microscopie électronique à transmission (MET) à haute résolution pour étudier sa morphologie et comprendre le polymère de coiffage.

Takanabe explique comment le laboratoire central d'imagerie et de caractérisation de KAUST a été crucial à cette étape. "Dans ce document, le Core Lab a réalisé l'analyse des matériaux par RMN et MET, ce qui était crucial pour relier la taille des nanoparticules de silice à leurs propriétés diélectriques. L'analyse MET a produit les images des nanoparticules, acquis à une résolution à l'échelle du nanomètre et a donc facilité l'estimation des dimensions des nanoparticules. De plus, le prisme électronique installé dans l'instrument MET a permis de déterminer les distributions spatiales des éléments constitutifs des nanoparticules, qui s'est également avéré être tout aussi important dans ce travail."

Les résultats montrent qu'un polymère de nitrure de carbone organique se forme de manière contrôlée à l'extérieur, pourtant la composition exacte de ce polymère dépend de la température de synthèse et des rapports de précurseurs.

L'équipe de Takanabe a indiqué l'utilité de leurs nanoparticules en les utilisant comme photocatalyseur pour le dégagement d'hydrogène, où les ions soufre toxiques sont sécurisés dans une solution aqueuse. "Cette étude ouvre le nouveau protocole de synthèse aux nanoparticules de sulfure métallique, qui sont utiles pour diverses applications, " dit Takanabe.

« Nous avons la chance que ce Core Lab fournisse aux chercheurs des analyses de matériaux de haute qualité en leur procurant une instrumentation de pointe et les meilleurs talents, " il ajoute.