Recherche à l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), Arabie Saoudite, constate que les atomes d'argent peuvent être transformés en un nanocluster en forme de boîte par une sélection minutieuse des molécules de ligand.

Lorsque de petits nombres d'atomes métalliques se regroupent, ils peuvent se comporter plus comme des molécules ou des superatomes, avec des électrons partagés entre tous les noyaux atomiques. Ces nanoclusters présentent de nouveaux produits chimiques, comportement électrique et optique pouvant conduire au développement de nouveaux catalyseurs, structures optoélectroniques et autres composants pour la nanotechnologie.

Les chercheurs de KAUST ont fait des progrès significatifs dans le contrôle de la structure et de la fonction des nanoclusters pour produire un cluster unique en forme de boîte de 67 atomes d'argent avec un noyau central de 23 atomes à l'intérieur d'une boîte externe de 44 atomes.

"Nous essayons de comprendre les règles qui contrôlent la formation de ces clusters, " dit Osman Bakr, KAUST professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux et chef de l'équipe de recherche.

La forme boîte est très rare, et ainsi démontrer comment fabriquer des boîtes et des tiges apportera un nouveau niveau de contrôle à la synthèse des nanoclusters. La clé pour contrôler l'assemblage des nanoclusters réside dans le choix de groupements chimiques organiques (à base de carbone) appelés ligands qui entourent les atomes métalliques.

Bakr a noté que les chercheurs peuvent explorer différentes formes de clusters en expérimentant la structure des ligands. Ils ont découvert qu'un mélange de groupes contenant du phosphore appelés phosphines et thiols contenant du soufre permettait à la forme inhabituelle de boîte des atomes d'argent de s'assembler dans la coquille du ligand.

"Quand on change la forme de ces amas, nous obtenons de nouvelles propriétés intéressantes, " a déclaré Bakr. Il espère que l'exploration par son équipe de la chimie des nanoclusters pourra montrer la voie au développement de nouveaux catalyseurs pour accélérer les réactions chimiques qui seront utiles dans l'industrie et peut-être aussi dans la science pharmaceutique.

Un facteur d'intérêt principal dans la production de clusters en forme de boîte est qu'il révèle comment introduire la « directionnalité » dans les clusters. Bakr a expliqué que c'est le défi difficile de faire des clusters qui sont structurés différemment dans des directions différentes, contrairement aux formes parfaitement symétriques plus faciles à produire.

Une autre innovation que le groupe KAUST développe et qui est représentée par ce dernier travail est l'utilisation d'atomes d'argent dans des nanoclusters plutôt que l'or plus couramment utilisé.

"L'argent coûte environ un dixième du prix de l'or, un facteur économique qui pourrait être très important lors de l'application de ces innovations à d'éventuelles nanotechnologies, " a souligné Bakr.

Les chercheurs de KAUST ont précédemment montré qu'un contrôle minutieux de la conception des clusters peut générer des clusters d'argent qui se comportent à peu près de la même manière que ceux d'or, et maintenant, ils fabriquent des grappes d'argent dans une plus grande variété de formes.