Les nanotiges pentagonales ont une morphologie unique qui confère des propriétés intéressantes de composition et de forme, notamment une excellente stabilité et une activité catalytique élevée, qui en font d'excellents candidats pour les catalyseurs industriels. Maintenant, Des chercheurs de Singapour ont mis au point un procédé chimique simple pour faire pousser des nanotiges pentagonales uniformes composées d'or et de cuivre. Ces nouveaux matériaux catalysent facilement l'alkylation directe d'une amine avec un alcool, les rendant utiles dans les domaines de la chimie des matériaux et des nanotechnologies.

"Nous avons synthétisé avec succès des nanotiges pentagonales d'or-cuivre avec une taille et une composition contrôlées par une voie de croissance médiée par les graines, " explique Jackie Ying, chercheur principal de l'Institut de bioingénierie et de nanotechnologie A*STAR. Les « graines » sont de multiples cristaux de décaèdres d'or allongés, réunis par des visages partagés - un arrangement connu sous le nom de jumelage multiple.

Pour créer les nanotiges, l'équipe a placé les graines d'or dans une solution contenant un précurseur de cuivre et appliqué de la chaleur, un processus qui a produit des nanotiges pentagonales presque uniformes (voir image).

L'équipe de Ying a montré qu'elle pouvait contrôler la longueur de ces nanotiges en modifiant la quantité de graines d'or ajoutées au précurseur de cuivre. L'ajout d'un rapport de 1:1 d'or au cuivre a produit des nanotiges qui ont grandi d'environ 15 nanomètres de long tandis qu'un rapport de 1:2 a produit des nanotiges d'environ 19 nanomètres de long, et un rapport de 1:3 a produit des nanotiges d'environ 24 nanomètres de long. Le diamètre des nanotiges est resté le même, cependant, quel que soit le rapport des métaux utilisés.

La capacité de contrôler la taille et la composition des nanotiges signifie qu'il est plus facile de contrôler les propriétés des nanoparticules bimétalliques or-cuivre par rapport aux nanoparticules constituées d'un seul métal, Yang explique.

Prochain, l'équipe a évalué l'activité catalytique de ces nanotiges d'or-cuivre dans une réaction de formation de liaison carbone-azote—l'alkylation directe d'une amine à l'aide d'un alcool. "Cette stratégie d'emprunt d'hydrogène est une méthode synthétique intéressante pour la formation de liaisons C-N car il s'agit d'un processus respectueux de l'environnement qui ne produit que de l'eau comme sous-produit, " dit Ying.

Les nanotiges ont été examinées comme catalyseurs de cette réaction en utilisant les substrats modèles p-toluène sulfonamide et alcool benzylique. "Notre catalyseur hétérogène a montré une activité catalytique plus élevée envers la réaction de couplage C-N et une meilleure recyclabilité par rapport aux catalyseurs disponibles dans le commerce, " dit Ying.

Au-delà de la catalyse, Ying prédit que ces nouveaux matériaux pourraient être utiles en électronique, la détection chimique et même la biomédecine. Son équipe prévoit maintenant d'utiliser les nanotiges comme graines elles-mêmes pour synthétiser des nanoparticules composées d'un noyau d'or-cuivre entouré d'une enveloppe d'un autre matériau, comme le platine, pour les applications énergétiques.