Les physiciens ont découvert que les nanoparticules de platine limitent leur taille et s'organisent en motifs spécifiques lorsqu'elles sont liées à du graphène autonome.

En affichant ce comportement, les nanoparticules de platine liées conservent une surface efficace fonctionnant comme un catalyseur pour des réactions chimiques, une découverte qui pourrait réduire les coûts de production des piles à combustible catalysées au platine.

Une équipe internationale de scientifiques, dirigé par un groupe de recherche de l'Université de l'Arkansas, a publié ses conclusions le 5 février dans le journal ACS Nano , dans un article intitulé, "Nanoparticules de platine auto-organisées sur du graphène autoportant."

L'étude a été dirigée par Peng Xu, chercheur associé au département de physique du J. William Fulbright College of Arts and Sciences de l'Université de l'Arkansas.

Les piles à combustible catalysées au platine sont utilisées pour alimenter les bâtiments en remplacement des moteurs à combustion interne dans les véhicules.

"Parce que le platine est un métal rare, une grande partie des dépenses consacrées à la fabrication de véhicules hybrides provient du platine nécessaire pour catalyser les piles à combustible, " a déclaré Paul Thibado, professeur de physique à l'Université de l'Arkansas.

"Platine, lorsqu'il est placé sur des surfaces solides, diffuse pour former des particules aléatoires qui se développent de manière incontrôlable, et cela limite leur réactivité, " dit-il. " D'un autre côté, le graphène autoportant a une surface très flexible, et nous avons trouvé que, en raison des effets de contrainte locaux, il y a une réduction de 80 pour cent de la quantité de platine nécessaire pour maintenir une catalyse efficace."

La recherche montre également, pour la première fois, qu'un fonctionnellement supérieur, nanoparticule de platine monocristallin émerge de son application au graphène.

"Ce que nous avons trouvé était assez excitant, " a déclaré Thibado. "C'est vraiment très spécial."

Le graphène, l'un des plus forts, matériaux les plus légers et les plus conducteurs connus - est une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome. Les électrons se déplaçant à travers le graphite ont une masse et rencontrent une résistance, mais les électrons se déplaçant à travers le graphène sont sans masse et rencontrent donc beaucoup moins de résistance. Cela fait du graphène un excellent matériau candidat pour les futurs besoins énergétiques, ainsi qu'en informatique quantique pour des calculs énormes avec peu d'énergie.

Le graphène a été découvert en 2004, et beaucoup reste inconnu sur ses propriétés. Le groupe de Thibado utilise l'imagerie et la manipulation à l'échelle atomique pour faire progresser les applications du graphène vierge et fonctionnalisé chimiquement, par le développement d'une compréhension détaillée de ses propriétés électroniques et mécaniques fondamentales.

L'étude récente, qui a été produit principalement grâce à un partenariat de recherche entre l'Université de l'Arkansas, Missouri State University et l'Université d'Anvers en Belgique, consistait en une microscopie électronique à transmission haute résolution combinée à une microscopie à effet tunnel et à une dynamique moléculaire computationnelle de pointe. C'est une combinaison rarement vue en physique, dit Thibado, expert en physique expérimentale de la matière condensée.

Microscopie à effet tunnel, qui produit des images d'atomes individuels sur une surface, a été utilisé pour visualiser le comportement des nanoparticules de platine sur le graphène. Des chercheurs du Missouri ont utilisé la microscopie électronique à transmission, une technique dans laquelle un faisceau d'électrons est transmis à travers un matériau ultra-mince, pour confirmer les propriétés cristallines.

La fusion des deux techniques expérimentales avec la modélisation théorique a donné un résultat inattendu pour les chercheurs :la liaison du graphène aux nanoparticules de platine était inhabituelle, selon Thibado.

"Parce qu'il est si fort et flexible, le graphène s'enroule généralement autour du matériau avec lequel il se lie, " dit Thibado. " Dans ce cas, le collage avec le platine était complètement différent, plus comme une pyramide."