Les nanoclusters de cuivre ont formé de beaux cristaux rouges. Crédit: Journal de l'American Chemical Society
Un nanocluster unique d'atomes de cuivre créé par les chercheurs de la KAUST pourrait servir de feuille de route pour guider la conception de nouveaux catalyseurs et agents d'imagerie.
Un nanocluster est un type de nanoparticule dans lequel les chercheurs ont localisé l'arrangement précis de chaque atome, ainsi que leurs longueurs de liaison et leurs angles de liaison. Ces informations détaillées permettent aux chercheurs de prédire les propriétés des clusters associés, en fonction de leur composition et de leurs structures. "Il fournit un modèle pratique pour comprendre les corrélations intrinsèques entre la structure et les propriétés physico-chimiques grâce à une combinaison d'expériences et de calculs théoriques, " dit Ren-Wu Huang du centre de catalyse KAUST, partie de l'équipe derrière la nouvelle découverte.
Les nanoclusters ont généralement une largeur de 1 à 3 nanomètres et sont organisés en un noyau et une coque. La structure atomique du noyau peut déterminer la structure du nanocluster, taille et propriétés optiques, tandis que la coque affecte sa stabilité, solubilité et activité catalytique.
Nanoclusters contenant du cuivre, l'argent et l'or ont des utilisations potentielles comme catalyseurs, ou en tant qu'agents d'imagerie luminescents non toxiques dans des cellules vivantes. Bien que les nanoclusters d'argent et d'or soient bien étudiés, les nanoclusters de cuivre ont été plutôt négligés, en partie parce que le métal a tendance à réagir avec l'oxygène de l'air.
Les vues latérales (gauche) et supérieure (droite) du nanocluster révèlent qu'il s'agit d'un noyau plat de 17 atomes de cuivre (vert). L'amas a 64 atomes de cuivre supplémentaires dans sa coquille (marron), ainsi que des molécules contenant du soufre (jaune), l'azote (bleu) et le carbone (gris). Les atomes d'hydrogène ont été omis pour plus de clarté. Crédit: Journal de l'American Chemical Society
L'équipe KAUST a maintenant créé le plus grand nanocluster à base de cuivre à ce jour, et ils l'étudient avec une gamme de techniques, y compris la cristallographie aux rayons X et la spectrométrie de masse à ionisation par électronébulisation. Chaque amas de 2,8 nanomètres de large contient 81 atomes de cuivre, 46 molécules de benzènethiol, 10 molécules de tert-butylamine et 32 ions hydrure.
Les nanoclusters ont généralement des noyaux polyédriques entourés de coques symétriques. Mais le nouveau nanocluster de cuivre a un noyau plat de 17 atomes de cuivre, disposés en un motif répétitif de triangles. "Ce type de noyau planaire n'a jamais été observé dans les nanoclusters métalliques précédemment rapportés, " dit Osman M. Bakr, qui dirigeait l'équipe.
Le nanocluster a également une coquille hémisphérique très inhabituelle qui mesure 1,5 nanomètre de haut et recouverte de molécules de benzènethiol. Les différences entre les surfaces courbes et plates de l'hémisphère suggèrent que la face plate a une réactivité plus élevée. En outre, les calculs informatiques ont fourni la preuve que l'arrangement de ces molécules pourrait aider à faciliter le transfert de charge électrique entre différents amas au sein d'un cristal, ce qui pourrait s'avérer crucial dans les applications futures.
« Le développement des nanoclusters de cuivre en est encore à ses balbutiements, " dit Huang. " Par conséquent, la prochaine étape de nos recherches sera la synthèse de nanoclusters de cuivre avec une plus grande taille et une nouvelle structure, et explorer leurs applications potentielles dans le domaine de la catalyse."
