Wei Lin détient une solution or/aqua regia organique tandis que Rongwei Zhang détient un substrat de silicium recouvert d'or de 200 nanomètres. L'image sur le moniteur montre l'or récupéré de la solution à l'aide de calcinations. Crédit :Crédit :Gary Meek
Les métaux nobles tels que le platine et le palladium deviennent de plus en plus importants en raison de la croissance d'applications respectueuses de l'environnement telles que les piles à combustible et les catalyseurs de lutte contre la pollution. Mais le monde a des quantités limitées de ces matériaux, ce qui signifie que les fabricants devront s'appuyer sur des processus de recyclage efficaces pour aider à répondre à la demande.
Les procédés de recyclage existants utilisent une combinaison de deux acides inorganiques appelés « eau régale » pour dissoudre les métaux nobles, une classe de matériaux qui comprend le platine, palladium, or et argent. Mais parce que les métaux sont souvent dissous ensemble, les impuretés introduites dans le processus de recyclage peuvent nuire à l'efficacité des catalyseurs produits à partir des matériaux recyclés. Maintenant, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont mis au point un nouveau procédé de solvant organique qui pourrait aider à résoudre le problème et ouvrir de nouvelles possibilités d'utilisation de ces métaux dans le traitement du cancer, microélectronique et autres applications.
Le nouveau système de solvants Georgia Tech utilise une combinaison de deux produits chimiques - le chlorure de thionyle et une variété de réactifs organiques tels que la pyridine, N, N-diméthylformamide (DMF), pyrimidine ou imidazole. Les concentrations peuvent être ajustées pour dissoudre préférentiellement l'or ou le palladium, et plus important, aucune combinaison de produits chimiques organiques ne dissout le platine. Cette capacité à dissoudre préférentiellement les métaux nobles crée un système personnalisé qui offre un haut niveau de contrôle sur le processus.
"Nous devons être capables de dissoudre sélectivement ces métaux nobles pour garantir leur pureté dans une variété d'applications importantes, " a déclaré C.P. Wong, un professeur Regents à la Georgia Tech School of Materials Science and Engineering. « Bien que nous ne comprenions pas encore tout à fait comment cela fonctionne, nous pensons que ce système ouvre de nombreuses nouvelles possibilités d'utilisation de ces métaux."
Un article décrivant la recherche a été publié récemment dans la revue Angewandte Chemie .
Systèmes catalytiques qui utilisent plus d'un métal, comme le palladium avec un noyau d'or, sont de plus en plus utilisés dans les processus industriels. Pour les recycler, le nouveau système de solvant – surnommé « eau régale biologique » – pourrait d'abord utiliser une combinaison de chlorure de thionyle et de DMF pour dissoudre l'or, laissant des sphères creuses de palladium. Ensuite, les sphères de palladium pourraient être dissoutes en utilisant une combinaison différente.
Jusque là, les chercheurs ont démontré que le système solvant peut dissoudre sélectivement l'or et le palladium d'un mélange d'or, palladium et platine. Ils l'ont également utilisé pour retirer l'or d'un mélange d'or et de palladium.
Au-delà du recyclage, le nouveau système de solvant pourrait également fournir de nouvelles façons de produire des agents de chimiothérapie anticancéreuse à l'échelle nanométrique qui impliquent ces métaux. Et la nouvelle approche des solvants pourrait avoir des implications importantes pour l'industrie électronique, qui utilise des métaux nobles qui doivent souvent être éliminés après des étapes de traitement spécifiques. Au-delà de la sélectivité, la nouvelle approche offre également d'autres avantages pour la fabrication de composants électroniques :aucune contamination potentiellement dangereuse n'est laissée et le traitement est effectué dans des conditions douces.
« Dans la production de semi-conducteurs, les gens veulent éviter qu'un catalyseur métallique reste dans les appareils, mais dans de nombreux cas, ils ne peuvent pas utiliser les procédés à base d'eau existants car ceux-ci peuvent endommager les oxydes semi-conducteurs et introduire une contamination par des ions libres dans la solution aqueuse, " a expliqué Wei Lin, un assistant de recherche diplômé dans le laboratoire de Wong. "L'utilisation de ce système organique évite le problème de l'humidité."
L'utilisation du procédé sélectif pourrait également faciliter le recyclage des métaux nobles utilisés dans la fabrication de produits électroniques. Câblage, les procédés de métallisation et d'interconnexion utilisent actuellement des métaux nobles.
Les métaux nobles sont également à la base des agents de chimiothérapie largement utilisés, mais la chimie de leur synthèse implique un processus complexe de tensioactifs et de précurseurs. Wong pense que le nouveau procédé au solvant de Georgia Tech peut permettre la création de nouveaux composés qui pourraient offrir des effets thérapeutiques améliorés.
Wei Lin détient une solution or/aqua regia organique. L'image sur le moniteur montre l'or récupéré de la solution à l'aide de calcinations. Crédit :Crédit :Gary Meek
"Nous espérons que cela ouvrira de nouvelles voies pour fabriquer ces composés pharmaceutiques importants ainsi que de nouveaux systèmes catalytiques à l'or et au palladium, " il a dit.
Lin a découvert le nouveau système de solvant par accident en 2007 alors qu'il utilisait du chlorure de thionyle dans un projet indépendant qui impliquait de lier des nanotubes de carbone à un substrat d'or. "J'ai laissé mon échantillon dans la solution et je suis allé déjeuner, " se souvient-il. " Ensuite, j'ai reçu quelques appels téléphoniques et l'échantillon est resté trop longtemps dans la solution. Quand je l'ai sorti, l'or avait disparu."
Les chercheurs ont été intrigués par la découverte et ont recherché une explication comme ils en avaient eu le temps au cours des trois dernières années. Ils ont testé d'autres réactifs mélangés au chlorure de thionyle, et appris les proportions nécessaires à la dissolution sélective du palladium et de l'or. Ils ont travaillé avec d'autres chercheurs de Georgia Tech, dont le pionnier de la nanotechnologie Zhong Lin Wang, développer une compréhension fondamentale du processus – recherche qui se poursuit.
Les produits chimiques utilisés par l'équipe de recherche de Georgia Tech sont bien connus en chimie organique, et sont utilisés aujourd'hui dans la synthèse des polymères. Au-delà de leur sélectivité, le nouveau système de solvant est plus respectueux de l'environnement que l'eau régale traditionnelle - qui est une combinaison d'acides nitrique et chlorhydrique concentrés - et peut fonctionner dans des conditions douces. Les inconvénients potentiels par rapport à l'eau régale traditionnelle incluent des coûts plus élevés et des taux de dissolution plus lents.
« Nous avons ouvert une nouvelle approche des métaux nobles par la chimie organique, " Wong a ajouté. " Nous ne comprenons pas encore complètement le mécanisme par lequel cela fonctionne, mais nous espérons développer une compréhension plus complète qui pourrait conduire à des applications supplémentaires."
