Des chercheurs de Cornell University ont fabriqué des blocs de métal mésoporeux grâce à une méthode d’autoassemblage de nanoparticules, une technique complètement nouvelle. Les pores de ces blocs de métal, constitués de nanoparticules de platine, sont de section hexagonale et parfaitement droites, donnant au bloc une structure en nid d’abeille. Les cavités hexagonales font environ 15 nm de large et les murs séparant ces cavités mesurent 5 nm de large. Les chercheurs affirment que la méthode qu’ils ont développée peut être appliquée à d’autres métaux. Etre capable de contrôler la structure des métaux de cette manière permet de multiples applications, par exemple dans l’amélioration des électrodes des piles à combustible, et peut aussi aider à la miniaturisation des matériaux optiques (guides optiques) et électroniques pour la transmission de données, le stockage et le calcul.

C’est la première fois que des métaux méso poreux parfaitement et régulièrement structurés sont conçus. Auparavant, une méthode utilisée était de prendre un alliage bimétallique et de retirer un des métaux, comme pour la préparation du nickel Raney. Les métaux mésoporeux obtenus avec cette méthode n’ont pas de structure régulière.

L’équipe de chercheurs, menée par Ulrich Wiesner, professeur de science et ingénierie des matériaux à Cornell University, a utilisé des nanoparticules de platine de 2nm de diamètre recouvertes d’un liguant organique, mélangées à un copolymère séquencé. Un copolymère séquencé est un matériaux composé de deux types de molécules accrochées bout à bout, et qui ont la propriété de se regrouper dans une structure prévisible. Dans le cas présenté par Ulrich Wiesner, l’ensemble des molécules du premier monopolymère se positionne pour former l’extérieur des héxagones, et l’autre monopolymère forme l’intérieur des héxagone. Les nanoparticules, mélangées au copolymère séquencé, se regroupent dans ce qui constituera les murs de la structure nid d’abeille. Le liguant, qui permet aux nanoparticules de s’assembler au copolymère, doit recouvrir les nanoparticules d’une manière relativement fine pour que la proportion métal/matériau organique reste importante. Une pyrolyse du matériau obtenu est effectuée par chauffage en atmosphère inerte (410°C), ne conservant que les atomes de carbone du copolymère, qui supportent les nanoparticules de platine. Finalement le carbone est retiré par chauffage à température encore plus élevée (550°C) pour oxyder les ligands et brûler le carbone. La structure de platine pur mésoporeuse est alors obtenue. Le point clé de ce procédé est de disposer d’une proportion de métal suffisante lorsque les nanoparticules recouvertes de liguant sont mélangées au copolymère, sinon la structure devient trop fragile et s’effondre lorsque le carbone est éliminé. Les chercheurs ont obtenus des morceaux de platine mésoporeux ordonnés assez gros, jusqu’à 5 mm d’épaisseur.

Le platine est le meilleur catalyseur connu pour les piles à combustible, et une structure poreuse permet au fluide de passer à travers et de réagir avec une surface beaucoup plus importante. La méthode peut être étendue à d’autres métaux, éventuellement même à plusieurs nanoparticules de composition distincte. De tels métaux mésoporeux "nano hétérogènes" peuvent avoir des propriétés électriques et optiques exceptionnelles.

Source :

– "Researchers form metal nanoparticles into porous structures", Physorg, 27 Juin 2008 – https://www.physorg.com/news133793950.html
– Publication dans Sciencemag, édition du 27 juin 2008, "Ordered Mesoporous Materials from Metal Nanoparticle-Block Copolymer Self-Assembly", accès limité – https://www.sciencemag.org/cgi/reprint/320/5884/1748.pdf

Rédacteur :

Alban de Lassus, [email protected]