(Phys.org) — Les lingots d'or peuvent signifier une grande richesse, mais le métal précieux a un impact beaucoup plus pratique lorsqu'il est réduit à quelques milliardièmes de mètre. Malheureusement, libérer le potentiel de l'or nécessite souvent des techniques de synthèse complexes qui produisent des structures délicates avec une sensibilité extrême à la chaleur.

Maintenant, des scientifiques du laboratoire national de Brookhaven du département de l'Énergie des États-Unis ont découvert un processus de création de nanoparticules d'or-indium à structure unique qui combinent une stabilité élevée, grand potentiel catalytique, et un processus de synthèse simple. Les nouvelles nanostructures, détaillées en ligne le 10 juin dans les Actes de la National Academy of Sciences, pourraient améliorer de nombreux processus commerciaux et industriels différents, y compris agissant comme un matériau efficace pour les convertisseurs catalytiques dans les voitures.

"Nous avons découvert un procédé à température ambiante qui transforme un simple alliage en une nanostructure aux propriétés remarquables, " a déclaré le physicien Eli Sutter, auteur principal de l'étude. "En exposant les nanoparticules d'alliage d'or-indium à l'air, l'oxygène ambiant a pu entraîner une réaction d'oxydation qui les a convertis en une structure noyau-enveloppe active. »

Les gros morceaux d'or présentent la plus faible réactivité chimique de tous les métaux, mais divisé en nanoparticules discrètes, l'or peut devenir un catalyseur chimique très actif. Mais garder l'or dans cet état actif est un défi permanent. Sous une chaleur même modérée, les minuscules particules d'or ont tendance à s'agglomérer - à fusionner en morceaux beaucoup plus gros - et à perdre cette réactivité cruciale. Relier l'or à d'autres éléments, cependant, peut à la fois augmenter la durabilité et conserver les qualités du catalyseur, mais seulement si la structure est parfaite.

"Quand nous avons vu ces nouvelles nanoparticules avec de l'or dans leurs coquilles amorphes, nous avons tout de suite reconnu le potentiel exceptionnel du matériau, " a déclaré le physicien et co-auteur de l'étude Peter Sutter. " La présence d'or incrusté dans les couches atomiques les plus externes de la couche d'oxyde ne nous excite pas seulement en tant que scientifiques, mais c'est la clé de l'activité catalytique et de l'amélioration de la stabilité du nouveau matériau."

Les chercheurs du Brookhaven Lab étudiaient les processus d'oxydation par lesquels les métaux et les alliages se combinent avec l'oxygène lorsqu'ils ont fait la découverte. Pour cette étude, ils ont examiné des alliages d'un métal noble et d'un métal non noble grâce à une technique de réaction remarquablement simple :donner aux nanoparticules d'or-indium un peu d'espace pour respirer. Une fois les nanoparticules de l'alliage métallique exposées à l'oxygène, des coquilles hautement réactives d'oxyde d'or et d'indium se sont formées sur leurs surfaces.

"La sagesse conventionnelle dirait que l'oxydation devrait pousser les atomes d'or vers le centre tout en tirant l'indium moins noble à la surface, créer un noyau de métal noble qui est entouré d'une enveloppe d'oxyde d'indium non réactif, " Peter Sutter a dit. " Au lieu de cela, l'oxygène a effectivement pénétré l'alliage. Après oxydation, le noyau d'alliage des nanoparticules a été encapsulé par une coque mince nouvellement formée d'oxyde mixte d'or et d'indium."

Le piégeage de l'or dans la coquille d'oxyde amorphe conserve ses propriétés catalytiques et empêche l'or de fritter et de devenir inerte. Les nouvelles nanostructures se sont avérées capables de convertir l'oxygène et le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, démontrant leur activité de catalyseur.

"L'indium et l'or dans la coquille ne sont pas mobiles, mais sont figés dans l'amorphe, oxyde, " Eli Sutter a déclaré. " Il est important, l'intégrité structurelle tient sans frittage à des températures allant jusqu'à 300 degrés Celsius, ce qui les rend remarquablement résistants par rapport à d'autres nanocatalyseurs aurifères."

La recherche a été menée au Brookhaven Lab's Center for Functional Nanomaterials (CFN), dont les installations uniques de synthèse et de caractérisation à l'échelle nanométrique se sont avérées essentielles à la découverte de ce nouveau procédé.

« Le CFN rassemble sous un même toit une large gamme d'instruments et d'expertises à la pointe de la technologie, accélérer la recherche et faciliter la collaboration, " a déclaré Eli Sutter. " Nous avons utilisé la microscopie électronique à transmission pour caractériser les structures et leur composition, spectroscopie photoélectronique aux rayons X pour déterminer la liaison chimique en surface, et la spectroscopie de diffusion d'ions pour identifier les atomes les plus externes de l'enveloppe des nanoparticules."

D'autres investigations permettront de déterminer les propriétés des particules d'oxyde d'or-indium dans différentes réactions catalytiques, et le même processus d'oxydation sera appliqué à d'autres alliages métalliques pour créer toute une famille de nouveaux matériaux fonctionnels.