Cette image montre que plus le ligand est volumineux, moins les ligands peuvent s'asseoir côte à côte, ce qui conduit à une nanoparticule plus petite. Crédit :Dr Joe Tracy, Université d'État de Caroline du Nord
Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord ont montré que la "voluminosité" des molécules couramment utilisées dans la création de nanoparticules d'or dicte en fait la taille des nanoparticules - avec des soi-disant ligands plus gros résultant en des nanoparticules plus petites. L'équipe de recherche a également découvert que chaque type de ligand produit des nanoparticules dans une gamme particulière de tailles discrètes.
"Ce travail fait progresser notre compréhension de la formation des nanoparticules, et nous donne un nouvel outil pour contrôler la taille et les caractéristiques des nanoparticules d'or, " dit le Dr Joseph Tracy, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'État de Caroline du Nord et co-auteur d'un article décrivant la recherche. Les nanoparticules d'or sont utilisées dans les procédés chimiques industriels, ainsi que des applications médicales et électroniques.
Lors de la création de nanoparticules d'or, les scientifiques utilisent souvent des molécules organiques appelées ligands pour faciliter le processus. Les ligands rassemblent efficacement des atomes d'or dans une solution pour créer les nanoparticules. Dans le processus, les ligands s'alignent essentiellement côte à côte et entourent les nanoparticules dans les trois dimensions.
Les chercheurs voulaient voir si l'encombrement des ligands affectait la taille des nanoparticules, et a choisi d'évaluer trois types de ligands thiols – une famille de ligands couramment utilisés pour synthétiser des nanoparticules d'or. Spécifiquement, les molécules liées aux nanoparticules d'or sont l'hexanethiolate linéaire (-SC6), cyclohexanethiolate (-SCy) et 1-adamantanethiolate (-SAd). Chacun de ces ligands a une configuration plus volumineuse que le précédent.
Cela montre des images de microscopie électronique à transmission de nanoparticules d'Au stabilisées par :n-hexanethiolate (-SC6), cyclohexanethiolate (-SCy), et 1-adamantanethiolate (-SAd). Crédit :Dr Joe Tracy, Université d'État de Caroline du Nord
Par exemple, imaginez chaque ligand comme une part de tarte, avec un atome d'or attaché à l'extrémité pointue. -SC6 ressemble à une part de tarte très étroite. -SCy est légèrement plus grand, et -SAd est le plus grand des trois - avec l'extrémité "croûte" du coin à tarte beaucoup plus large que l'extrémité pointue.
Les chercheurs ont découvert que l'encombrement des ligands déterminait la taille des nanoparticules. Parce que moins de ligands -SAd et -SCy peuvent s'aligner les uns à côté des autres en trois dimensions, moins d'atomes d'or sont réunis dans le noyau. Par conséquent, les nanoparticules sont plus petites. -SC6, le moins volumineux des thiolates, peut créer les plus grosses nanoparticules.
"Bien que nous ayons montré qu'il s'agit d'un moyen efficace de contrôler la taille des nanoparticules d'or, nous pensons que cela peut également avoir des implications pour d'autres matériaux, " dit Peter Krommenhoek, un doctorat étudiant à NC State et auteur principal de l'article. "C'est quelque chose que nous explorons."
Mais les chercheurs ont également fait une autre découverte intéressante.
Lorsque des nanoparticules particulièrement petites se forment, ils ont tendance à se former à des tailles très spécifiques, appelées tailles discrètes. Par exemple, certains types de nanoparticules peuvent être constitués de 25 ou 28 atomes – mais jamais de 26 ou 27 atomes.
Dans cette étude, les chercheurs ont découvert que l'encombrement des ligands modifiait également les tailles discrètes des nanoparticules. "C'est intéressant, en partie, parce que chaque taille discrète représente un nombre différent d'atomes d'or et de ligands, " Tracy dit, "ce qui pourrait influencer le comportement chimique de la nanoparticule. Cette question n'a pas encore été abordée."
