Des scientifiques de Russie et de Chine ont découvert une multitude de nanoparticules nouvelles et inattendues et ont trouvé un moyen de contrôler leur composition et leurs propriétés. Ces découvertes ouvrent de nouvelles perspectives dans l'utilisation des nanoparticules. Les résultats de leur étude ont été publiés dans Chimie Physique Physique Chimique.

Les micro-objets tels que les nanoparticules peuvent différer des macro-objets (cristaux, verres) en termes de composition chimique et de propriétés. Les deux piliers sur lesquels repose la nanotechnologie sont la grande diversité des propriétés présentées par les nanoparticules du même matériau mais de tailles différentes, et la capacité de contrôler leurs propriétés. Cependant, les recherches tant expérimentales que théoriques sur la structure et la composition des nanoparticules posent des difficultés majeures.

En utilisant l'algorithme évolutif USPEX développé par Artem R. Oganov, professeur à Skoltech et MIPT, des scientifiques de Chine et de Russie ont étudié un large éventail de compositions de nanoparticules, et en particulier, ont examiné deux classes de nanoparticules essentielles à la catalyse :le fer-oxygène et le cérium-oxygène. Ils ont découvert que les soi-disant « nanoparticules magiques » qui présentent une stabilité améliorée peuvent avoir des compositions chimiques inattendues, par exemple, Fe 6 O 4 , Fe 2 O 6 , Fe 4 O 14 , Ce 5 O 6 , et Ce 3 O 12 . Nanoparticules riches en oxygène, comme Fe 4 O 14 , stable dans des conditions normales, peut expliquer la cancérogénicité des nanoparticules d'oxyde. Les scientifiques ont exploré quantitativement comment les compositions varient en changeant la température ou la pression partielle de l'oxygène.

"Les nanoclusters stables peuvent posséder des compositions chimiques étranges et inattendues (par exemple, Si 4 O 18 ou Ce 3 O 12 ) dans des conditions normales, alors que pour les cristaux, cela se trouve généralement dans des conditions extrêmes, comme les hautes pressions, " dit Xiaohu Yu, le premier auteur de cet ouvrage, Professeur agrégé de l'Université de technologie du Shaanxi et ancien membre du laboratoire Oganov du MIPT.

"Le fait que les nanoparticules aient pratiquement les mêmes arêtes, des îles de stabilité et des mers d'instabilité en tant que noyaux atomiques ont été une surprise dans cette étude. Le noyau atomique et la nanoparticule peuvent être décrits comme un amas de deux types de particules, par exemple, fer et oxygène dans notre cas, ou des protons et des neutrons dans le cas des noyaux atomiques. Si vous dessinez une carte et tracez le nombre de chaque type d'atomes de l'amas le long de ses axes, vous verrez que la majorité des amas stables forment d'étroites crêtes de stabilité. Vous découvrirez également des îlots de stabilité assez curieux du point de vue chimique. Il est tout à fait concevable que les nanoparticules stables servent de blocs de construction élémentaires dans la croissance cristalline – le sujet qui me passionne depuis mes années d'école. Quant aux îlots de stabilité, les grands contributeurs à leur étude étaient nos académiciens renommés Flerov et Oganesyan avec qui je rêvais de travailler quand j'étais enfant, " dit Oganov.