Cela montre la microscopie électronique de nanoparticules d'oxyde de titane réticulées avec des clusters à base de bore. Les chercheurs d'Argonne ont aidé à créer une méthode pour construire ces réseaux. Crédit :UCLA / Alexander Spokoyny.
Une équipe de scientifiques de partout aux États-Unis a trouvé une nouvelle façon de créer des interconnexions moléculaires qui peuvent donner à une certaine classe de matériaux de nouvelles propriétés passionnantes, notamment en améliorant leur capacité à catalyser des réactions chimiques ou à récupérer de l'énergie à partir de la lumière.
Dans une nouvelle étude, chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), l'Université de Californie-Los Angeles, l'Université de Californie-Santa Barbara, L'Université Purdue et l'Université de l'Oregon ont développé une méthode pour créer des réseaux liés d'oxydes métalliques qui pourraient avoir des propriétés catalytiques ou électroniques intéressantes.
Les oxydes métalliques intéressent les scientifiques en raison de leurs propriétés électroniques et chimiques uniques. Certains, comme le dioxyde de titane, sont couramment utilisés dans les applications photovoltaïques et photocatalytiques en raison de leur capacité à absorber la lumière.
La clé pour former ces réseaux d'oxydes métalliques est le bore, qui, lorsqu'il est recuit avec des oxydes métalliques, conduit à la formation de grappes interconnectées thermiquement robustes et stables qui agissent comme des brins de colle qui relient une bande d'oxyde métallique.
"Cette colle a la capacité d'être un élément clé de l'ensemble du système réactif, changer les propriétés que les oxydes métalliques avaient par eux-mêmes, " a déclaré Alexandre Spokoyny, un chimiste à l'UCLA.
La formation du réseau bore-oxyde métallique fournit un point de départ pour de futures études de différents matériaux qui pourraient combiner leurs propres propriétés naturelles avec l'avantage supplémentaire d'une structure « réticulée » similaire.
"Nous voulons savoir, par exemple, si nous pouvons transférer notre connaissance de ce maillage à un matériau comme le dioxyde de silicium. Les propriétés photocatalytiques de ces matériaux sont extraordinaires par rapport au dioxyde de titane, " a déclaré le chimiste d'Argonne Max Delferro.
À l'avenir, les chercheurs cherchent à concevoir un moyen de créer des matériaux sur mesure avec précision en perfectionnant la façon dont les grappes interconnectées de «colle» de bore sont intercalées dans l'oxyde métallique. "Si nous pouvons piquer ces molécules exactement là où nous voulons qu'elles soient, cela nous donnera une puissante capacité à fabriquer et à comprendre des matériaux hybrides avec un large éventail d'utilisations, " a déclaré Spokoyny.
Parce que ces matériaux sont si nouveaux, les chercheurs pensent qu'ils ont un grand potentiel inexploité. "Nous ne prétendons en aucun cas que la mission soit pleinement accomplie ; il y a encore des parties de la chimie que nous ne comprenons pas et n'apprécions pas pleinement, " a déclaré Delferro.
L'équipe de recherche comprenait la chimiste d'Argonne Karena Chapman, qui travaille à l'Advanced Photon Source (APS) du laboratoire, une installation utilisateur du DOE Office of Science. Chapman et Spokoyny se sont rencontrés lorsqu'ils ont été nommés à Nouvelles de la chimie et de l'ingénierie de la liste des « Talented Twelve » en 2016, et établi la collaboration qui a mené à la recherche.
Selon Chapman, membre du groupe des sciences structurelles de la division APS X-ray Science, la caractérisation structurale du matériau a fait appel à l'analyse des fonctions de distribution de paires de rayons X réalisée à l'APS, qui donne des informations structurelles locales sur les positions relatives des atomes.
Chapman, Delferro et Spokoyny ont noté que les efforts de l'équipe de recherche pour produire et analyser ce nouveau matériau étaient tout aussi interconnectés que le matériau hybride découvert lui-même. "Il existe des liaisons croisées au niveau moléculaire et humain, " a déclaré Delferro. "Ce travail prouve que nous travaillons mieux et que nous sommes plus forts lorsque nous sommes connectés."
Un article basé sur la recherche, "Une approche de réticulation moléculaire pour les oxydes métalliques hybrides, " paru dans le numéro du 5 mars de Matériaux naturels .
