Les scientifiques ont franchi une étape révolutionnaire en créant la feuille d’or la plus fine au monde. Baptisé « goldene », ce nouveau matériau promet, selon les chercheurs, des applications révolutionnaires dans la conversion du dioxyde de carbone et la production d’hydrogène.
Une feuille d’or d’un seul atome d’épaisseur
Les matériaux bidimensionnels présentent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés optiques, électroniques et catalytiques uniques. Ces substances se comportent en réalité très différemment des solides en vrac chimiquement identiques en raison de leur surface extrêmement élevée par rapport à leur volume. Ces caractéristiques leur confèrent alors une réactivité et des performances exceptionnelles dans une multitude d’applications.
La création d’une feuille d’or d’un seul atome d’épaisseur représente une avancée majeure dans ce domaine. En fait, cela représente un exemple extrême de cette classe de matériaux, fournissant une surface atomique plate et uniforme. Cette structure unique lui confère alors des propriétés exceptionnelles, notamment une réactivité chimique accrue et une capacité catalytique améliorée. De plus, son extrême finesse le rend idéal pour les applications nécessitant une sensibilité élevée et une surface spécifique importante.
La feuille d’or d’une approche innovante
Fabriquer un tel matériau représente un défi technique considérable. Contrairement aux matériaux bidimensionnels précédents, souvent composés de non-métaux ou de mélanges de composés, les chercheurs ont opté ici pour une approche innovante.
Concrètement, au lieu de créer une structure d’accompagnement complexe, ils ont choisi de commencer par former une structure en couches composé de titane, de silicium et de carbone sur lequel ils ont déposé une fine couche d’or. Pendant douze heures, ces particules d’or ont été diffusé à travers le matériauremplaçant progressivement les couches sous-jacentes et créant ainsi une feuille d’or intégrée au solide.
Une fois cette étape franchie, l’équipe s’est mise à retirer minutieusement tout le matériau environnant, ne laissant intacte que la feuille d’or. Cette opération a été réalisée à l’aide d’une solution chimique spéciale, le Réactif Murakami ou du ferricyanure de potassium alcalin. Il s’agit d’une technique centenaire utilisée par les forgerons japonais pour isoler des couches uniques du métal précieux.
Pour les stabiliser, les chercheurs ont ensuite ajouté de la cystéine comme tensioactif. Cette substance a joué un rôle crucial en empêchant les atomes d’or de se regrouper en nanoparticules. Le résultat a été des feuilles d’or autoportantes d’un seul atome d’épaisseur, soit des centaines de fois plus fines que les feuilles d’or ordinaires.
Quelles applications ?
Les applications potentielles de cette feuille d’or sont vastes. Grâce à sa réactivité chimique accrue, il pourrait notamment être utilisé dans des réactions visant à convertir le dioxyde de carbone en carburants comme l’éthanol et le méthane, ainsi que produire de l’hydrogène à partir de l’eau. Les chercheurs travaillent déjà à améliorer la méthode de synthèse pour augmenter à la fois sa surface et son rendement.
En raison de sa grande surface spécifique et de sa grande réactivité chimique, cette feuille d’or pourrait également servir de catalyseur efficace pour accélérer diverses réactions chimiques, telles que les réactions de décomposition de polluants dans l’air ou l’eau, ou encore les réactions impliquées dans la production de produits chimiques et médicaments. De plus, son propriétés optiques et électroniques uniques pourraient être exploités pour détecter des gaz spécifiques ou pour créer des dispositifs miniaturisés et très sensibles.
Dans l’ensemble, cette avancée marque une avancée significative dans notre compréhension et notre manipulation de la matière à l’échelle nanométrique. Cette innovation promet de révolutionner divers domaines, de la catalyse à la conversion d’énergie, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’avenir de la science et de la technologie.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue Nature Synthesis.
