Les ions d'argent se dépêchent, puis attendent qu'ils se dispersent : les chimistes du riz montrent que la libération progressive des ions à partir de nanoparticules d'or et d'argent pourrait être une propriété utile

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Des chimistes de l'Université Rice et de l'Université de Duisburg-Essen, en Allemagne, ont quantifié la libération d'ions argent à partir d'alliages de nanoparticules or-argent. En haut, les images au microscope électronique à transmission montrent le changement de couleur lorsque l'argent (en bleu) s'échappe d'une nanoparticule pendant plusieurs heures, laissant derrière lui des atomes d'or. Les images hyperspectrales du bas montrent à quel point une nanoparticule d’argent et d’or a rétréci en quatre heures à mesure que l’argent s’éloignait. (Crédit : Université Rice)

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

Les ions d'argent se dépêchent, puis attendent pendant qu'ils se dispersent: les chimistes du riz montrent que la libération par étapes des ions des nanoparticules d'or-argent pourrait être une propriété utile

Houston, Texas | Publié le 23 avril 2021

Les alliages or-argent sont des catalyseurs utiles qui dégradent les polluants environnementaux, facilitent la production de plastiques et de produits chimiques et tuent 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, en 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 pouvait retenir suffisamment d'argent pour stabiliser la nanoparticule.

Leur étude apparaît dans la revue ACS Nano de l’American Chemical Society.

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

"La dépendance du plasmon sur 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 comme revêtements antibactériens, car les ions d'argent sont toxiques pour les bactéries. "Je pense que le mécanisme de libération de l'argent a été impliqué dans des études sur des films d'alliage, mais il n'a jamais été prouvé de manière quantitative", a-t-il déclaré.

Dans un premier temps, les ions d’argent s’échappent rapidement des nanoparticules, qui rétrécissent littéralement. Au fur et à mesure 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 dure environ deux heures dans nos conditions", a-t-il déclaré. « Puis dans la deuxième étape, la réaction ne se produit plus en surface. Au lieu de cela, à mesure que le réseau d’or se réorganise, les ions d’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 passivent et il n'y a plus de lessivage", a déclaré Al-Zubeidi. « Les particules deviennent stables. Jusqu'à présent, nous n'avons examiné que les particules ayant une teneur en argent de 80 à 90 %, et nous avons constaté que de nombreuses particules arrêtent de lessiver l'argent lorsqu'elles atteignent une teneur en argent d'environ 50 %.

"Cela pourrait être une composition intéressante pour des applications telles que la catalyse et l'électrocatalyse", a-t-il déclaré. "Nous aimerions trouver un point idéal autour de 50 %, où les particules sont stables tout en conservant une grande partie de leurs propriétés semblables à celles de l'argent."

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

Link a déclaré que l'équipe Rice s'est félicitée de l'opportunité de travailler avec Barcikowski, un 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", a-t-il déclaré.

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

"Cet effort permettra une nouvelle approche pour générer des catalyseurs nanostructurés et de nouveaux matériaux dotés de propriétés électrochimiques, optiques et électroniques uniques", a déclaré Robert Mantz, responsable du programme d'électrochimie au Army Research Office, un élément du Army Research Command du US Army Combat Capabilities Command. Laboratoire. "La capacité d'adapter les catalyseurs est importante pour atteindre l'objectif de réduction du poids des soldats associé au stockage et à la production d'énergie et pour permettre la synthèse de nouveaux matériaux."

Les co-auteurs de l'article sont Charlotte Flatebo et Seyyed Ali Hosseini Jebeli, étudiants diplômés de Rice, ainsi que Frederic Stein, étudiant diplômé de Duisburg-Essen, et le chercheur Christoph Rehbock. Link est professeur de chimie et de génie électrique et informatique. Landes est professeur de chimie et de génie électrique et informatique et de génie chimique et biomoléculaire. Barcikowski est professeur de chimie à l'Institut technique de chimie et au Centre de nanointégration de Duisburg-Essen.

Le Bureau de recherche de l'armée, une bourse d'études supérieures en sciences et ingénierie de la défense nationale, la Fondation Robert A. Welch, la Fondation nationale des sciences et la Fondation allemande pour la recherche ont soutenu l'étude.

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A propos de l'Université Rice
Située sur un campus boisé de 300 acres à Houston, l'Université Rice est régulièrement classée parmi les 20 meilleures universités du pays par US News & World Report. Rice possède des écoles d'architecture, de commerce, d'études permanentes, d'ingénierie, de sciences humaines, de musique, de sciences naturelles et sociales très respectées et abrite le Baker Institute for Public Policy. Avec 3,978 3,192 étudiants de premier cycle et 6 1 étudiants des cycles supérieurs, le ratio étudiants / professeurs de premier cycle de Rice est légèrement inférieur à 1 pour 1. Son système de collèges résidentiels construit des communautés soudées et des amitiés durables, une des raisons pour lesquelles Rice est classée n ° XNUMX pour de nombreuses interactions race / classe et n ° XNUMX pour la qualité de vie par le Princeton Review. Rice est également considérée comme la meilleure valeur parmi les universités privées par les finances personnelles de Kiplinger.

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