Il y a de l'or dans ces nanoparticules, et il y avait beaucoup d'argent, trop. Mais une grande partie de l'argent s'est lessivée, et les chercheurs veulent savoir comment.

Les alliages or-argent sont des catalyseurs utiles qui dégradent les polluants environnementaux, faciliter la production de plastiques et de produits chimiques et tuer les bactéries sur les surfaces, entre autres applications. Sous forme de nanoparticules, ces alliages pourraient être utiles comme capteurs optiques ou pour catalyser des réactions de dégagement d'hydrogène.

Mais il y a un problème :l'argent ne reste pas toujours en place.

Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Université Rice et de l'Université de Duisburg-Essen, Allemagne, révèle un mécanisme en deux étapes derrière la dissipation de l'argent, une découverte qui pourrait aider l'industrie à affiner les alliages de nanoparticules pour des utilisations spécifiques.

L'équipe dirigée par les chimistes de Rice Christy Landes et Stephan Link et l'étudiant diplômé Alexander Al-Zubeidi et le chimiste de Duisburg-Essen Stephan Barcikowski ont utilisé une microscopie sophistiquée pour montrer comment l'or pourrait retenir suffisamment d'argent pour stabiliser la nanoparticule.

Leur étude paraît dans la revue American Chemical Society ACS Nano .

Les chercheurs ont utilisé un microscope d'imagerie hyperspectrale à fond noir pour étudier des nanoparticules d'alliage or-argent contenant un excès d'argent dans une solution acide. La technique leur a permis de déclencher des plasmons, ondulations d'énergie qui traversent la surface des particules lorsqu'elles sont allumées. Ces plasmons diffusent une lumière qui change avec la composition de l'alliage.

"La dépendance du plasmon à la composition de l'alliage nous a permis d'enregistrer la cinétique de lixiviation des ions argent en temps réel, " a déclaré Al-Zubeidi, auteur principal de l'étude.

Al-Zubeidi a noté que les films d'alliage d'or et d'argent sont utilisés depuis des décennies, souvent sous forme de revêtements antibactériens, car les ions d'argent sont toxiques pour les bactéries. "Je pense que le mécanisme de libération d'argent a été impliqué à partir d'études sur des films d'alliage, mais cela n'a jamais été prouvé de manière quantitative, " il a dit.

Initialement, les ions d'argent s'échappent rapidement des nanoparticules, qui rétrécissent littéralement en conséquence. Alors que le processus se poursuit, le réseau d'or libère dans la plupart des cas tout l'argent au fil du temps, mais environ 25 % des particules se comportent différemment et la lixiviation de l'argent est incomplète.

Al-Zubeidi a déclaré que ce qu'ils ont observé suggère que l'or pourrait être manipulé pour stabiliser les nanoparticules d'alliage.

"Habituellement, la lixiviation de l'argent durait environ deux heures dans nos conditions, " dit-il. " Puis dans la deuxième étape, la réaction ne se produit plus en surface. Au lieu, au fur et à mesure que le réseau d'or se réorganise, les ions argent doivent diffuser à travers ce réseau riche en or pour atteindre la surface, où ils peuvent être oxydés. Cela ralentit beaucoup la vitesse de réaction.

« À un moment donné, les particules se passivent et aucune lixiviation ne peut plus se produire, " Al-Zubeidi a déclaré. "Les particules deviennent stables. Jusque là, nous n'avons examiné que des particules avec une teneur en argent de 80%-90%, et nous avons constaté qu'un grand nombre de particules cessent de lixivier l'argent lorsqu'elles atteignent une teneur en argent d'environ 50 %.

"Cela pourrait être une composition intéressante pour des applications comme la catalyse et l'électrocatalyse, " a-t-il dit. " Nous aimerions trouver un sweet spot autour de 50%, où les particules sont stables mais ont encore beaucoup de leurs propriétés semblables à celles de l'argent."

La compréhension de ces réactions pourrait aider les chercheurs à constituer une bibliothèque de catalyseurs et d'électrocatalyseurs or-argent pour diverses applications.

Link a déclaré que l'équipe Rice s'est félicitée de l'opportunité de travailler avec Barcikowski, leader dans le domaine de la synthèse de nanoparticules par ablation laser. « Cela permet de créer des nanoparticules d'alliage de compositions variées et exemptes de ligands stabilisants, " il a dit.

« De notre côté, nous disposions de la technique parfaite pour étudier le processus de lixiviation des ions argent de nombreuses nanoparticules monoalliage en parallèle via l'imagerie hyperspectrale, " a ajouté Landes. " Seule une approche monoparticulaire a été en mesure de résoudre la géométrie intra et interparticulaire. "

"Cet effort permettra une nouvelle approche pour générer des catalyseurs nanostructurés et de nouveaux matériaux avec des propriétés électrochimiques uniques, propriétés optiques et électroniques, " dit Robert Mantz, responsable du programme d'électrochimie au bureau de recherche de l'armée, un élément du laboratoire de recherche de l'armée du commandement des capacités de combat de l'armée américaine. « La capacité d'adapter les catalyseurs est importante pour atteindre l'objectif de réduction du poids porté par les soldats associé au stockage et à la production d'énergie et permettre la synthèse de nouveaux matériaux. »