Une expérience qui, intentionnellement, n'était pas censé révéler quoi que ce soit d'important au lieu de cela a produit une surprise "déroutante", selon les scientifiques de Stanford qui ont fait la découverte :une nouvelle façon de créer des nanoparticules et des nanofils d'or à l'aide de gouttelettes d'eau.

La technique, détaillé le 19 avril dans le journal Communication Nature , est la dernière découverte dans le nouveau domaine de la chimie des gouttelettes et pourrait conduire à des moyens plus respectueux de l'environnement de produire des nanoparticules d'or et d'autres métaux, a déclaré le directeur de l'étude Richard Zare, chimiste à l'École des sciences humaines et des sciences et co-fondateur de Stanford Bio-X.

"Être capable de faire des réactions dans l'eau signifie que vous n'avez pas à vous soucier de la contamination. C'est de la chimie verte, " dit Zare, qui est le professeur Marguerite Blake Wilbur en sciences naturelles à Stanford.

métal noble

L'or est connu comme un métal noble car il est relativement peu réactif. Contrairement aux métaux de base tels que le nickel et le cuivre, l'or résiste à la corrosion et à l'oxydation, c'est l'une des raisons pour lesquelles c'est un métal si populaire pour les bijoux.

Vers le milieu des années 80, cependant, les scientifiques ont découvert que l'éloignement chimique de l'or ne se manifeste qu'en général, ou macroscopique, Balance. A l'échelle nanométrique, les particules d'or sont très réactives chimiquement et font d'excellents catalyseurs. Aujourd'hui, les nanostructures d'or ont trouvé un rôle dans une grande variété d'applications, y compris la bio-imagerie, l'administration de médicaments, détection de gaz toxiques et biocapteurs.

Jusqu'à maintenant, cependant, le seul moyen fiable de fabriquer des nanoparticules d'or était de combiner l'acide chloraurique précurseur d'or avec un agent réducteur tel que le borohydrure de sodium.

La réaction transfère des électrons de l'agent réducteur à l'acide chloraurique, libérant des atomes d'or dans le processus. Selon la façon dont les atomes d'or s'agglutinent ensuite, ils peuvent former des billes de taille nanométrique, fils, tiges, prismes et plus.

Une goutte d'or

Récemment, Zare et ses collègues se sont demandé si cette réaction productrice d'or se déroulerait différemment avec de minuscules, gouttelettes micrométriques d'acide chloraurique et de borohydrure de sodium. Quelle est la taille d'une microgouttelette ? "C'est comme presser un flacon de parfum et faire jaillir un brouillard de microgouttelettes, " dit Zare.

D'après les expériences précédentes, les scientifiques savaient que certaines réactions chimiques se déroulent beaucoup plus rapidement dans les microgouttelettes que dans des volumes de solution plus importants.

En effet, l'équipe a observé que la nanoparticule d'or a augmenté de plus de 100, 000 fois plus rapide en microgouttelettes. Cependant, l'observation la plus frappante est survenue lors d'une expérience de contrôle dans laquelle ils ont remplacé l'agent réducteur - qui libère habituellement les particules d'or - par des microgouttelettes d'eau.

« À notre grand étonnement, nous avons constaté que les nanostructures d'or pouvaient être fabriquées sans aucun agent réducteur ajouté, " a déclaré le premier auteur de l'étude Jae Kyoo Lee, un attaché de recherche.

Vu au microscope électronique, les nanoparticules et les nanofils d'or semblent fusionnés comme des grappes de baies sur une branche.

La découverte surprenante signifie que les microgouttelettes d'eau pure peuvent servir de microréacteurs pour la production de nanostructures d'or. "C'est encore une preuve supplémentaire que les réactions dans les gouttelettes d'eau peuvent être fondamentalement différentes de celles dans l'eau en vrac, " a déclaré la co-auteur de l'étude Devleena Samanta, un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Zare et co-auteur de l'article.

Si le processus peut être étendu, il pourrait éliminer le besoin d'agents réducteurs potentiellement toxiques qui ont des effets secondaires nocifs pour la santé ou qui peuvent polluer les cours d'eau, dit Zare.

On ne sait toujours pas pourquoi les microgouttelettes d'eau sont capables de remplacer un agent réducteur dans cette réaction. Une possibilité est que la transformation de l'eau en microgouttelettes augmente considérablement sa surface, créer la possibilité de formation d'un champ électrique puissant à l'interface air-eau, ce qui peut favoriser la formation de nanoparticules et de nanofils d'or.

"La surface au sommet d'un bécher d'un litre d'eau est inférieure à un mètre carré. Mais si vous transformez l'eau dans ce bécher en microgouttelettes, vous en obtiendrez environ 3, 000 mètres carrés de superficie - environ la taille d'un demi-terrain de football, " dit Zare.

L'équipe explore des moyens d'utiliser les nanostructures pour diverses applications catalytiques et biomédicales et d'affiner leur technique pour créer des films d'or.

"Nous avons observé un réseau de nanofils qui peut permettre la formation d'une fine couche de nanofils, " dit Samanta.