Des chercheurs de l'Université de Géorgie donnent un nouveau sens à l'expression « transformer la rouille en or » et rendent l'utilisation de l'or dans les milieux de la recherche et les applications industrielles beaucoup plus abordable.

La recherche s'apparente à une sorte d'alchimie des temps modernes, dit Simona Hunyadi Murph, professeur adjoint au département de physique et d'astronomie de l'UGA Franklin College of Arts and Sciences. Les chercheurs combinent de petites quantités de nanoparticules d'or avec des nanoparticules de rouille magnétiques pour créer une nanostructure hybride qui conserve à la fois les propriétés de l'or et de la rouille.

"Les alchimistes médiévaux ont essayé de créer de l'or à partir d'autres métaux, " dit-elle. " C'est un peu ce que nous avons fait avec nos recherches. Ce n'est pas de la vraie alchimie, au sens médiéval, mais c'est une sorte de version du 21ème siècle."

L'or est depuis longtemps une ressource précieuse pour l'industrie, Médicament, dentisterie, des ordinateurs, électronique et aérospatiale, entre autres, en raison de propriétés physiques et chimiques uniques qui le rendent inerte et résistant à l'oxydation. Mais en raison de son coût élevé et de son offre limitée, les projets à grande échelle utilisant de l'or peuvent être prohibitifs. A l'échelle nanométrique, cependant, utiliser une très petite quantité d'or est beaucoup plus abordable.

Dans la nouvelle étude publiée cet été dans le Journal de chimie physique C , les chercheurs ont utilisé la chimie en solution pour réduire les ions d'or en une structure d'or métallique à l'aide de citrate de sodium. Dans ce processus, si d'autres ingrédients - de la rouille en l'occurrence - sont présents dans le pot de réaction lors du processus de transformation, les structures métalliques d'or nucléent et se développent sur ces "ingrédients, " autrement connu sous le nom de supports.

« Nous sommes vraiment ravis de partager nos nouvelles découvertes. Lorsque les chercheurs considèrent l'or comme un matériau potentiel pour la recherche, nous parlons du prix de l'or. Pour la toute première fois, nous avons pu créer une nouvelle classe de moins cher, très efficace, non toxique, des nanomatériaux hybrides magnétiquement réutilisables qui contiennent un matériau beaucoup plus abondant - la rouille - que l'or typique en métal noble, " dit Murph, qui est également scientifique principal à la Direction de la sécurité nationale du Laboratoire national de Savannah River à Aiken, Caroline du Sud.

Lorsque les matériaux sont décomposés en taille pour atteindre des dimensions à l'échelle nanométrique de 1 à 100 nanomètres, qui est d'environ 100, 000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain, ces substances peuvent acquérir de nouvelles propriétés. Par exemple, l'or en vrac ne présente pas de propriétés catalytiques; cependant, à l'échelle nanométrique, l'or est un catalyseur efficace, accélérer le changement chimique pour de nombreuses réactions, y compris l'oxydation, production d'hydrogène ou réduction de composés nitro aromatiques.

Les nanoparticules d'or de différentes tailles et formes affichent des couleurs différentes lorsqu'elles sont touchées par la lumière car elles absorbent et diffusent la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, connu sous le nom de résonances plasmoniques. Ces résonances plasmoniques sont particulièrement intéressantes pour des applications biologiques. Si quelqu'un éclaire les nanoparticules d'or, la lumière absorbée peut être convertie en chaleur dans le milieu environnant, et si des bactéries ou des cellules cancéreuses se trouvent à proximité de telles nanoparticules d'or, ils peuvent être détruits en utilisant une lumière de longueur d'onde appropriée. Ce phénomène est connu sous le nom de thérapie photothermique.

En remplaçant une partie du nano-or par de la nano-rouille magnétique, les chercheurs montrent que les nanostructures hybrides d'or et de rouille sont capables de chauffer par photothermie les milieux environnants aussi efficacement que les nanoparticules d'or pur, même avec une concentration d'or nettement plus faible.

"Dans un sens, nous avons fait un peu mieux que l'alchimie, " dit Georges Larsen, co-chercheur et chercheur postdoctoral au sein du Group for Innovation and Advances in Nano-Technology Sciences du Savannah River National Laboratory, "parce que ces nouvelles nanoparticules hybrides non seulement se comportent mieux que l'or dans certains cas, mais ont également une fonctionnalité magnétique."

Murph et son équipe ont examiné trois formes différentes de nanoparticules hybrides dans ces sphères de recherche, anneaux et tubes.

"Une nanoparticule de forme différente signifie que les atomes sont disposés différemment en cubes, hexagones ou triangles, par exemple, " dit-elle. " Un arrangement d'atomes différent signifie des densités de tassement différentes, espacement entre les atomes, défauts, surface et énergies de surface. Différentes formes conduisent à une surface atomique accrue qui est exposée pour catalyser une réaction chimique. Scientifiquement parlant, une forme différente signifie des facettes cristallographiques et une énergie de surface différentes qui pourraient conduire à une activité catalytique plus élevée et à des produits catalytiques différents.

« Les résultats de nos recherches ont montré que les nanoparticules hybrides en forme d'anneau et de tube se sont avérées être de meilleurs matériaux catalytiques que les nanoparticules en forme de sphère en raison de la manière dont les atomes sont disposés dans la structure à cette échelle nanométrique. Plus important encore, les nanoparticules hybrides d'or et de rouille sont de meilleurs catalyseurs que les nanoparticules d'or seules, même avec une quantité d'or nettement inférieure.

Lorsque ces nanoparticules hybrides de formes différentes ont été exposées à une lumière d'une longueur d'onde spécifique, les sphères ont chauffé la solution jusqu'à des températures légèrement plus élevées que les nanoparticules en forme d'anneau ou de tube.

"Cela pourrait avoir une variété d'applications biologiques telles que le suivi, administration de médicaments ou imagerie à l'intérieur du corps, " dit Murph. " Si vous donnez ces nanoparticules d'or aux bactéries et que vous les éclairez, vous pouvez les détruire en utilisant simplement la lumière."

Les structures hybrides pourraient également être utilisées pour de nouvelles applications, comme la détection, traitement de l'hyperthermie, applications d'imagerie médicale de nettoyage et de protection de l'environnement, y compris les agents de contraste d'imagerie par résonance magnétique, détection et manipulation de produits.

L'étude de recherche, "Nanoparticules hybrides multifonctionnelles Fe2O3-Au pour un chauffage plasmonique efficace, " est disponible sur www.jove.com/video/53598/multi … -efficient-plasmonic .