(Phys.org)—Dans un acte de « nano-alchimie, " les scientifiques ont synthétisé un nanocluster d'argent (Ag) qui est pratiquement identique à un nanocluster d'or (Au). À l'extérieur, le nanocluster d'argent a une couleur jaune doré, et à l'intérieur, sa structure chimique et ses propriétés imitent également étroitement celles de son homologue en or. Le travail montre qu'il peut être possible de créer des nanoparticules d'argent qui ressemblent et se comportent comme de l'or malgré les différences sous-jacentes entre les deux éléments, et pourrait conduire à la création d'analogues similaires entre d'autres paires d'éléments.

Les chercheurs, dirigé par Osman Bakr, Professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) en Arabie saoudite, ont publié l'article dans un récent numéro du Journal de l'American Chemical Society .

« À certains égards, c'est très similaire à l'alchimie, mais nous l'appelons 'nano-alchimie, '" Bakr a dit Phys.org . "Lorsque nous avons rencontré pour la première fois le spectre optique du nanocluster d'argent, nous avons pensé que nous avions peut-être échangé par inadvertance les réactifs chimiques contre de l'argent avec de l'or, et s'est retrouvé avec des nanoparticules d'or à la place. Mais des synthèses et des mesures répétées ont prouvé que les amas étaient bien de l'argent et présentaient pourtant des propriétés proches de l'or. C'était vraiment surprenant pour nous en tant que scientifiques de trouver non seulement des similitudes dans la couleur et les propriétés optiques, mais aussi la structure aux rayons X."

Comme tous les éléments chimiques, l'argent et l'or sont définis par leur nombre de protons :l'argent en a 47, et l'or en a 79. Le travail ici ne change pas le nombre de protons dans un atome d'argent; sinon, il ne serait plus considéré comme de l'argent. Au lieu, les chercheurs ont synthétisé un nanocluster de 25 atomes d'argent, ainsi que 18 autres molécules appelées "ligands" qui entourent les atomes d'argent. Le tout chargé négativement, l'ion complexe à base d'argent a la formule chimique [Ag 25 (SPhMe 2 ) 18 ] ^- .

Bien que quelques autres nanoclusters d'argent aient été synthétisés ces dernières années, c'est le premier nanocluster d'argent qui a un analogue correspondant en or :[Au 25 (SPhMe 2 ) 18 ] ^- a déjà été signalé. Outre les deux nanoclusters ayant 25 atomes métalliques et 18 ligands, ils ont aussi tous les deux tous leurs atomes et électrons disposés presque exactement de la même manière.

Dans leur étude, les chercheurs ont effectué des tests démontrant que les nanoclusters d'argent et d'or ont des propriétés optiques très similaires. Typiquement, les nanoclusters d'argent sont de couleur brune ou rouge, mais celui-ci ressemble à de l'or car il émet de la lumière à presque la même longueur d'onde (environ 675 nm) que l'or. La couleur dorée peut s'expliquer par le fait que les deux nanoclusters ont des structures cristallines pratiquement identiques.

Les scientifiques ont étudié la structure cristalline du nanocluster d'argent à l'aide de la diffraction des rayons X, dans lequel un faisceau de rayons X frappe la structure cristallisée et est réfléchi sous divers angles pour créer un diagramme de diffraction sur un détecteur. Cette technique a révélé que le nanocluster d'argent a un atome d'argent au centre d'une forme en forme d'étoile à 12 branches appelée icosaèdre. Alors que 12 des autres atomes d'argent forment les 12 points, les 12 atomes d'argent restants occupent une partie des faces. Cet arrangement est presque exactement comme celui du nanocluster d'or, sauf que trois des atomes sur les faces du nanocluster d'argent sont tournés dans une direction différente. Pour autant que les scientifiques puissent le dire, l'orientation de ces trois atomes est la seule différence structurelle notable entre les nanoclusters d'argent et d'or, et cela provoque une légère distorsion dans les nanoclusters d'argent.

La question se pose naturellement :pourquoi ces nanoclusters d'argent et d'or sont-ils si similaires, quand les atomes individuels d'argent et d'or sont très différents, en termes de propriétés optiques et structurelles ? Comme Bakr l'a expliqué, la réponse peut avoir à voir avec le fait que, bien que de plus grande taille, les nanoclusters se comportent comme des "superatomes" dans le sens où leurs électrons gravitent autour de l'ensemble du nanocluster comme s'il s'agissait d'un seul atome géant. Ces orbitales superatomiques dans les nanoclusters d'argent et d'or sont très similaires, et, en général, la configuration électronique d'un atome contribue de manière significative à ses propriétés.

"L'échelle de taille des nanoparticules se situe entre les atomes/molécules et le matériau en vrac, où la règle absolue ni de la physique quantique ni de la physique classique n'est observée, " expliqua Bakr. " Cependant, la nanoparticule d'Ag que nous avons synthétisée était si petite qu'elle se comporte en fait un peu comme un atome, c'est à dire., un superatome. Depuis le cadre structurel de Ag 25 est presque identique à Au 25 , qui fait des arrangements atomiques similaires dans l'espace 3D, cet arrangement atomique spécial permet l'hybridation des orbitales atomiques Ag et des orbitales ligands (les molécules organiques entourant le métal) dans Ag 25 produire des orbitales superatomiques très similaires au célèbre Au 25 système. Cela pourrait être la principale raison des similitudes observées entre les clusters Ag et Au, ce qui peut ne pas être possible avec des atomes individuels ou des matériaux en vrac."

Alors que les résultats montrent ici que l'argent peut acquérir les propriétés de l'or, l'inverse peut aussi être possible, l'or étant synthétisé pour ressembler et se comporter comme de l'argent.

« Si l'argent peut acquérir les propriétés de l'or, il n'y a aucune raison évidente pour que l'inverse ne soit pas possible, " dit Bakr.

Cette dualité, dans lequel un type d'atome acquiert les propriétés d'un autre, a le potentiel d'offrir des capacités sans précédent dans la recherche en nanosciences, et c'est un domaine que les scientifiques prévoient d'approfondir à l'avenir.

Les chercheurs espèrent également que les résultats permettront de mieux comprendre les différences fondamentales entre l'or et l'argent. Par exemple, bien que les deux matériaux soient des métaux brillants, l'or est relativement biocompatible et fait l'objet de recherches pour la biomédecine, tandis que l'argent est cytotoxique et utilisé dans les revêtements de surface antibactériens. Des questions comme celles-ci peuvent être répondues en brouillant les lignes entre les éléments tels que nous les connaissons.

"Notre plan futur est de synthétiser d'autres tailles d'amas d'or et d'autres analogues métalliques de nanoparticules d'or pour explorer si ces amas montreraient toujours le comportement de l'or ou non, ", a déclaré Bakr. "Notre objectif est de trouver des substituts moins chers à l'or dans les applications où les nanoparticules d'or sont nécessaires."

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