Image SMT de la surface de l'oxyde de fer - avec des atomes d'or sur le dessus
(Phys.org) -- Des scientifiques de l'Université de technologie de Vienne ont trouvé une méthode pour localiser des atomes d'or isolés sur une surface. Cela devrait ouvrir la voie à des catalyseurs meilleurs et moins chers.
La plupart des gens apprécient les gros morceaux d'or - mais les scientifiques de l'Université de technologie de Vienne s'intéressent à l'or à la plus petite échelle possible, parce que les atomes d'or simples sont potentiellement les catalyseurs les plus réactifs pour les réactions chimiques. Cependant, lorsque des atomes d'or sont placés sur une surface, ils ont tendance à se regrouper en minuscules pépites composées de plusieurs atomes. Une équipe de scientifiques des surfaces a maintenant réussi à fixer des atomes d'or isolés sur des sites spéciaux d'une surface d'oxyde de fer. Cela pourrait ouvrir la porte à des catalyseurs plus efficaces, nécessitant moins de matière précieuse.
L'or est un métal noble et ne se lie généralement pas avec d'autres éléments, mais en tant que catalyseur, il facilite les réactions chimiques. Ça peut, par exemple, faciliter la conversion du monoxyde de carbone toxique en dioxyde de carbone. L'efficacité de l'or comme catalyseur dépend de la taille des particules d'or. Certaines preuves suggèrent que cela fonctionne mieux si l'or est présent sous forme d'atomes uniques. Jusque là, cependant, cela n'a pas pu être étudié en détail. « Si des atomes d'or individuels sont placés sur une surface, ils se regroupent généralement, formant des nanoparticules », dit Gareth Parkinson, qui a supervisé les expériences dans le groupe de recherche du professeur Ulrike Diebold à l'Institut de physique appliquée de la TU de Vienne.
Le système à ultra-vide dans lequel les expériences sont effectuées.
Des températures plus élevées conduisent à une plus grande mobilité des atomes d'or, afin d'empêcher les atomes de se regrouper, la plupart des surfaces doivent être refroidies à une température si basse que les réactions chimiques souhaitées s'arrêteraient complètement. Les chercheurs de la TU de Vienne ont découvert un type spécial de surface d'oxyde de fer, qui verrouille les atomes d'or uniques en place.
La clé du succès est une légère déformation de la structure cristalline de l'oxyde de fer. Les atomes d'oxygène de la couche supérieure ne sont pas alignés en lignes parfaitement droites, ils sont pliés en se tortillant par les atomes ci-dessous. Aux points où les lignes d'atomes d'oxygène sont proches les unes des autres, les atomes d'or se fixent de façon permanente sans perdre l'adhérence. Même si la surface est chauffée, les atomes d'or restent en place – ce n'est qu'à 500 degrés Celsius qu'ils commencent à former des amas.
Les atomes d'oxygène forment des lignes ondulées à la surface, en raison des atomes ci-dessous (indiqués en couleur)
"Quand un atome d'or frappe la surface de l'oxyde de fer, il diffuse vers l'un des sites où il peut être fixé à la surface », dit Gareth Parkinson. De cette façon, de nombreux atomes d'or peuvent être placés à proximité les uns des autres. Lorsqu'un atome d'or atteint une position déjà occupée par un autre atome d'or, cependant, les deux se lient et commencent à se déplacer sur la surface, ramasser des atomes d'or supplémentaires en cours de route. Lorsqu'ils ont atteint une taille critique d'au moins cinq atomes, ils redeviennent immobiles et la pépite d'or miniature s'immobilise.
Ulrike Diebold s'attend à ce que la nouvelle méthode réponde à d'importantes questions ouvertes sur la catalyse. "Nous avons créé un système modèle idéal pour sonder la réactivité chimique d'espèces atomiques uniques", dit Diebold. Les expériences récentes contribueront également à faire avancer la recherche théorique :la liaison mécanique quantique complexe entre des atomes uniques et cette surface particulière fournit un excellent cas de test pour les calculs théoriques de systèmes électroniques hautement corrélés.
