(PhysOrg.com) -- Actuellement, quelque 20 pour cent de la production industrielle mondiale repose sur des catalyseurs, des molécules qui peuvent accélérer le rythme des réactions chimiques par des milliards. Huile, médicaments, les plastiques et d'innombrables autres produits sont fabriqués par des catalyseurs.

Beaucoup espèrent rendre les catalyseurs actuels plus efficaces, donc moins de consommation d'énergie et moins de pollution. Nanocatalyseurs hautement actifs et sélectifs, par exemple, peut être utilisé efficacement dans les efforts visant à éliminer la pollution, créer des piles à combustible à hydrogène, stocker de l'hydrogène et synthétiser des produits chimiques fins. Le défi à ce jour a été de développer une méthode pour produire des nanocatalyseurs dans un contrôle, manière prévisible.

Dans un mouvement dans cette direction, Yu Huang, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à la UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science, et son équipe de recherche ont proposé et démontré une nouvelle approche pour produire des nanocristaux aux formes prévisibles en utilisant des tensioactifs, biomolécules qui peuvent se lier sélectivement à certaines facettes des surfaces exposées des cristaux.

Leur nouvelle étude est disponible en ligne dans la revue Chimie de la nature .

A l'échelle nanométrique, les propriétés physiques et chimiques des matériaux dépendent de la taille et de la forme des matériaux. L'objectif ultime a été de concevoir rationnellement des matériaux pour obtenir des structures programmables et des propriétés prévisibles, produisant ainsi les fonctions souhaitées. Pourtant, les nanocristaux façonnés sont encore généralement synthétisés par essai-erreur, l'utilisation de molécules non spécifiques comme tensioactifs - en raison de l'incapacité à trouver des molécules appropriées pour contrôler la formation de cristaux.

Le nouveau travail innovant de l'équipe de Huang pourrait changer cela, conduisant potentiellement à la capacité de produire rationnellement des nanocatalyseurs avec les formes souhaitées et, Par conséquent, propriétés catalytiques.

« Dans notre étude, nous avons pu identifier des biomolécules spécifiques — séquences peptidiques, dans notre cas - qui peut reconnaître une surface cristalline souhaitée et produire des nanocristaux exposés avec une surface particulière pour contrôler la forme, " dit Chin-Yi Chiu, un étudiant diplômé en ingénierie de l'UCLA et auteur principal de l'étude.

"Les biomolécules spécifiques à une facette peuvent être utilisées pour diriger la croissance de nanocristaux, et, surtout, maintenant nous pouvons le faire de manière prévisible, " dit Huang, auteur principal de l'étude. "C'est encore un premier pas, mais nous avons surmonté les défis en trouvant les séquences peptidiques les plus spécifiques et sélectives grâce à un processus de sélection rationnel."

L'équipe de Huang a accompli cela en utilisant une bibliothèque de phages qui a généré un pool de séquences peptidiques. L'équipe a ensuite pu identifier la sélectivité des séquences peptidiques sur différentes surfaces cristallines. L'étape suivante, disent les chercheurs, est de comprendre ce qui se passe exactement sur l'interface et de pouvoir décrire les caractéristiques de l'interface.

"Nous ne connaissons pas encore les détails moléculaires - c'est comme le Saint Graal de la biomimétique moléculaire, " dit Huang. " Prenez le catalyseur, par exemple. Si nous pouvons prédire le catalyseur synthétisé pour une seule surface, il pourrait avoir une activité et une sélectivité beaucoup plus améliorées. Nous sommes encore dans la phase initiale de ce que nous voulons vraiment faire, qui est de voir si nous pouvons ou non programmer à terme la synthèse des structures matérielles. »

"Cela a toujours été un intérêt personnel d'apprendre du processus de sélection évolutive naturelle et de l'appliquer à la recherche, " a déclaré Chiu. " Il est particulièrement satisfaisant de pouvoir concevoir un processus de sélection rationnel pour les matériaux à l'échelle nanométrique afin de créer des nanocristaux avec les formes souhaitées. "