La taille des nanoparticules varie de 1 à 100 nanomètres et, comparées aux particules habituelles, elles sont connues pour avoir des caractéristiques uniques qui sont de plus en plus utilisées pour diagnostiquer le cancer, développer de petits appareils électroniques et des batteries solaires, ainsi que dans de nombreux autres domaines.

Dans leur nouvel article publié dans Physical Review B , des chercheurs de Skoltech ont révélé que les propriétés catalytiques des nanoparticules bimétalliques (lorsqu'un matériau accélère ou retarde une réaction chimique sans être consommé par la réaction) peuvent être affinées tout en modifiant la structure de la nanoparticule.

À l'heure actuelle, les particules bimétalliques à noyau et à coque, dans lesquelles le noyau et l'enveloppe sont constitués de métaux différents, sont les plus intéressantes. Les chercheurs ont étudié trois types de nanoparticules :les particules Cu-core/Au-shell, Au-core/Cu-shell et les particules d'alliage bimétallique homogène AuCu. Contrairement aux particules cœur-coquille, la structure des particules bimétalliques habituelles n'est pas ordonnée.

"Nous avons observé comment différents rapports noyau-coquille peuvent modifier les états électroniques à la surface. Ces changements ont un impact sur la capacité de liaison entre une nanoparticule et une molécule de CO. Nous avons conclu qu'il est possible de doubler l'énergie d'adsorption, plus précisément, la chimisorption, qui est une liaison chimique entre des atomes, des molécules de gaz et la surface du cristal ou de la nanoparticule, par rapport à un métal pur grâce à un réglage précis du rapport noyau-coquille dans la nanoparticule", a déclaré le chercheur Ilya Chepkasov du Material Discovery Laboratory, l'auteur principal de l'étude.

L'étude comportait plusieurs étapes et utilisait la théorie fonctionnelle de la densité. Dans la première étape, l’équipe a utilisé des nanoparticules d’une taille de 2 nanomètres pour construire des particules cœur-coquille avec différents rapports cœur-coquille et a analysé l’évolution de la charge de surface en fonction du rapport. Ensuite, les chercheurs ont calculé l'adsorption des molécules de CO et d'O à la surface des nanoparticules et ont démontré comment les propriétés d'adsorption des nanoparticules peuvent être modifiées en faisant varier la charge de surface associée au réglage fin de leur structure.

"Nous avons révélé des modèles fondamentaux qui seront ensuite utilisés pour développer des modèles basés sur l'IA pour prédire efficacement l'adsorption et les propriétés catalytiques des nanoparticules bimétalliques tout en effectuant un criblage à haut débit de nouveaux matériaux dotés de propriétés spécifiées", a ajouté le professeur Alexander Kvashnin de l'Energy Transition. Center, le responsable de la recherche.

Les résultats prouvent qu’affiner la structure des nanoparticules aide à trouver les propriétés catalytiques nécessaires des nanoparticules, ce qui aidera à contrôler le catalyseur. L'intérêt pratique réside dans l'amélioration de la purification des gaz, par exemple pour nettoyer les gaz techniques du CO hautement toxique et les rendre plus sûrs.

Plus d'informations : Ilya V. Chepkasov et al, Réglage basé sur la structure de l'adsorption d'O et de CO sur les nanoparticules AuCu :étude de la théorie fonctionnelle de la densité, Physical Review B (2023). DOI :10.1103/PhysRevB.108.205414

Informations sur le journal : Examen physique B

Fourni par l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo