Des 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 suscitent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés optiques, électroniques et catalytiques uniques. Ces substances se comportent en effet 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 hors du commun 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. Elle représente en effet un exemple extrême de cette classe de matériaux, offrant une surface atomique plane et uniforme. Cette structure unique lui confère alors des propriétés exceptionnelles, dont une réactivité chimique accrue et une capacité catalytique améliorée. De plus, sa finesse extrême la rend idéale pour des applications nécessitant une haute sensibilité et une grande surface spécifique.
Une 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 ici opté pour une approche novatrice.
Concrètement, au lieu de créer une structure de support complexe, ils ont plutôt choisi de commencer par former une structure en couches comprenant du titane, du silicium et du carbone sur laquelle ils ont déposé une fine couche d’or. Pendant une période de douze heures, ces particules d’or ont été diffusées à travers le matériau, remplaçant peu à peu les couches sous-jacentes et créant ainsi une feuille d’or intégrée dans le solide.
Une fois cette étape réalisée, l’équipe a entrepris de retirer méticuleusement tout le matériau environnant, ne laissant que la feuille d’or intacte. Cette opération a été effectuée en utilisant une solution chimique spéciale, le réactif de Murakami ou ferricyanure de potassium alcalin. Il s’agit d’une technique vieille de cent ans utilisée par les forgerons japonais pour isoler des couches uniques du métal précieux.
Afin de les stabiliser, les chercheurs ont ensuite ajouté de la cystéine en tant que tensioactif. Cette substance a joué un rôle crucial en empêchant les atomes d’or de se regrouper en nanoparticules. Le résultat obtenu a été des feuilles d’or autoportantes d’une épaisseur d’un seul atome, ce qui est des centaines de fois plus fin que les feuilles d’or ordinaires.
Quelles applications ?
Les applications potentielles de cette feuille d’or sont vastes. Grâce à sa réactivité chimique accrue, elle pourrait notamment être utilisée dans des réactions visant à convertir le dioxyde de carbone en carburants tels que l’éthanol et le méthane, ainsi qu’à 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 réactivité chimique élevée, cette feuille d’or pourrait également servir de catalyseur efficace pour accélérer diverses réactions chimiques, telles que les réactions de décomposition des polluants dans l’air ou dans l’eau, ou même les réactions impliquées dans la production de produits chimiques et pharmaceutiques. En outre, ses propriétés optiques et électroniques uniques pourraient être exploitées pour détecter des gaz spécifiques ou pour créer des dispositifs miniaturisés et hautement sensibles.
De manière générale, cette percée 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 ainsi de nouvelles perspectives pour l’avenir de la science et de la technologie.
Les détails de l’étude sont publiés dans la revue .
