(Phys.org) - Des nanoparticules synthétisées à partir de métaux nobles tels que le ruthénium, rhodié, palladium, argent (Ag), osmium, iridium, platine, et l'or (Au) attirent de plus en plus l'attention des chercheurs du monde entier à la recherche de progrès dans des domaines tels que la biomédecine et les catalyseurs.

Chercheurs du Laboratoire National d'Argonne, l'Institut de technologie de l'Illinois, et l'Université de Caroline du Sud travaillant dans les installations du Département américain de l'énergie (DOE) à Argonne, y compris la source avancée de photons (APS), ont réussi à synthétiser et à caractériser des nanoparticules d'argent à noyau d'or monodispersées en utilisant un bio-modèle qui a le potentiel en tant que catalyseur soluble dans l'eau pour convertir la biomasse telle que les arbres morts, branches et souches d'arbres, rognures de jardin, les copeaux de bois, et même les déchets solides municipaux en combustibles.

Les métaux nobles sont des pistes intéressantes pour cette recherche car, pour une chose, contrairement aux métaux de base, ils sont résistants à la corrosion lorsqu'ils sont exposés à l'air humide.

Catalyseurs bimétalliques core-shell, où un métal est au centre, c'est à dire., le noyau, et le second est à la surface, ou la coquille, fournir des propriétés distinctives, souvent une meilleure réactivité, parce que la particule métallique du noyau pourrait modifier la déformation du réseau du métal de la coque, ce qui se traduit par un déplacement de la structure de bande électronique du métal de la coque.

Un tel noyau-coque, des particules de taille nanométrique sont étudiées dans la plupart des laboratoires et universités nationaux.

Dans le domaine de la chimie bioinorganique, l'utilisation de modèles de cages protéiques a été récemment développée comme une méthode prometteuse pour la synthèse de catalyseurs à nanoparticules métalliques de taille uniforme.

Dans cette recherche, la matrice de cage protéique est l'apoferritine (Apo), qui est la protéine ferritine dépourvue de noyau de fer. Ce complexe protéique se compose de 24 sous-unités identiques et a une forme sphérique avec un diamètre extérieur de 12 nm et une cavité intérieure de 8 nm, comme le montre la figure ci-jointe.

La cavité de 8 nm peut être utilisée comme emplacement pour un « nanoréacteur » dans lequel synthétiser les nanoparticules métalliques. La jonction entre les sous-unités est constituée de 14 canaux vides, chacun 3-4 Å de diamètre. Ceux-ci servent de voie entre l'extérieur et l'intérieur du noyau protéique.

Les ions métalliques, qui fonctionnent comme le nanoréacteur, diffusent dans le noyau creux de l'Apo à travers ces canaux et la réduction subséquente des ions métalliques dans la cavité conduit à une particule métallique par Apo ferritine.

Alors que la synthèse de nanoparticules cœur-coquille a été proposée, à ce jour, il n'y a eu aucun rapport sur une synthèse réussie de nanoparticules cœur-coquille à l'intérieur d'Apo.

Dans une publication récente dans le Journal de la chimie des matériaux , les chercheurs de cette étude rapportent pour la première fois la synthèse d'hydrosolubles, Apo-encapsulé, Nanoparticules Au-core Ag-shell de taille inférieure à 5 nm et avec une distribution de taille étroite, en utilisant un Apo non modifié.

Les particules ont été caractérisées à l'aide de plusieurs techniques de recherche :la diffusion des rayons X aux petits angles réalisée sur la ligne de lumière 12-ID de la division X-ray Science de l'APS; mesures étendues de structure fine d'absorption des rayons X à la ligne de faisceaux à rayons X 10-ID de l'équipe d'accès collaboratif de recherche sur les matériaux, également à l'APS; la microscopie électronique à transmission à balayage réalisée au Centre de Microscopie Electronique d'Argonne; la microscopie électronique à balayage au Centre d'Argonne pour les matériaux à l'échelle nanométrique; et la chromatographie liquide rapide des protéines réalisée à l'Université de Caroline du Sud.

En surveillant attentivement la quantité de précurseur d'argent, les chercheurs ont réussi à contrôler l'épaisseur de la coque d'Ag d'une couche à plusieurs couches.

Cette méthode devrait ouvrir la voie à la préparation d'autres nanoparticules cœur-coquille qui pourraient fonctionner comme nouvelles, nanocatalyseurs potentiellement très performants pour les réactions catalytiques des biocarburants à l'avenir.

De telles nanoparticules core-shell cultivées sur un modèle de protéine peuvent également être explorées pour de futurs systèmes d'administration de médicaments.