Le prix Nobel de chimie 2023 était axé sur les points quantiques, des objets si petits qu’ils sont contrôlés par les règles étranges et complexes de la physique quantique. De nombreux points quantiques utilisés en électronique sont fabriqués à partir de substances toxiques, mais leurs homologues non toxiques sont actuellement développés et explorés pour des utilisations en médecine et dans l’environnement. Une équipe de chercheurs se concentre sur les points quantiques à base de carbone et de soufre, en les utilisant pour créer des encres invisibles plus sûres et pour aider à décontaminer les réserves d’eau.
Les chercheurs présenteront leurs résultats aujourd’hui au réunion de printemps de l’American Chemical Society (ACS).
Les points quantiques sont des cristaux semi-conducteurs synthétiques à l’échelle nanométrique qui émettent de la lumière. Ils sont utilisés dans des applications telles que les écrans électroniques et les cellules solaires. « De nombreux points quantiques conventionnels sont toxiques car ils sont dérivés de métaux lourds », explique Md Palashuddin Sk, professeur adjoint de chimie à l’université musulmane d’Aligarh en Inde. « Nous travaillons donc sur des points quantiques non métalliques car ils sont respectueux de l’environnement et peuvent être utilisés dans des applications biologiques. »
Crédit : Société américaine de chimie
Les points quantiques sont minuscules : ils n’ont généralement que quelques dizaines d’atomes de diamètre. Parce qu’ils sont si petits, leurs propriétés sont contrôlées par des effets quantiques, ce qui les fait agir un peu étrangement par rapport aux objets plus gros. À savoir, ils émettent de la lumière différemment de ce à quoi on pourrait s’attendre ; par exemple, les matériaux dorés apparaissent en bleu sur cette échelle. Les points quantiques non métalliques présentent le même effet et ont été explorés par d’autres chercheurs comme outil de bioimagerie. Palashuddin s’est concentré sur la conception de points quantiques à base de carbone et de soufre (respectivement Cdots et Sdots) pour diverses autres applications.
« Le carbone et le soufre sont des matériaux très abondants et rentables, et ils peuvent facilement être synthétisés en points quantiques », explique-t-il. « Vous pouvez fabriquer des points de carbone à partir de déchets, puis les utiliser pour éliminer les polluants. C’est un moyen de boucler la boucle du processus. »
Palashuddin a déjà utilisé Cdots et Sdots de diverses manières, bien que les deux soient des découvertes relativement récentes. Bien que petits, les points ont une grande surface, qui peut facilement être fonctionnalisée pour adapter les points à différentes applications. Auparavant, l’équipe avait conçu des points qui brillaient de différentes couleurs, en fonction des contaminants rencontrés. Cela signifiait qu’ils pouvaient aider à identifier les contaminants, tels que le plomb, le cobalt et le chrome, dans un échantillon d’eau sans extraire de nouveaux métaux des points eux-mêmes.
En plus d’identifier les contaminants, les Cdots peuvent aider à décomposer les polluants tels que les pesticides et les colorants présents dans l’eau. Dans un projet, Palashuddin et son collaborateur Amaresh Kumar Sahoo, professeur adjoint qui étudie la nanobiotechnologie à l’Institut indien des technologies de l’information, ont formé des Cdots à partir d’épluchures de pommes de terre, puis les ont montés sur des robots microscopiques conçus pour cibler et dégrader les colorants toxiques dans des échantillons simulant de l’eau polluée.
L’équipe a également développé des méthodes pour éliminer entièrement les contaminants de l’eau, plutôt que de simplement les identifier ou les dégrader. Ils ont spécialement conçu des Cdots pour absorber l’huile automobile et explorent actuellement un système de filtrage basé sur Cdot pour aider à traiter les déversements d’hydrocarbures.
Les chercheurs envisagent ensuite de mettre en pratique leurs résultats de laboratoire sur le terrain, éventuellement dans le cadre d’un projet axé sur la rivière Yamuna. Cette rivière traverse directement New Delhi et est notoirement contaminée, en particulier dans les zones les plus peuplées. Palashuddin espère utiliser les points non métalliques de son équipe pour identifier et séparer les différents polluants présents dans la rivière, notamment les pesticides, les tensioactifs, les ions métalliques, les antibiotiques et les colorants. Idéalement, les points seront fonctionnalisés pour capturer autant de ces différents contaminants que possible sur leurs surfaces, afin de pouvoir ensuite les éliminer facilement.
Cependant, les utilisations potentielles des points non métalliques ne se limitent pas au traitement de l’eau. Palashuddin et ses collègues étudient actuellement des utilisations qui pourraient s’aligner plus étroitement sur les points traditionnels à base de métal, mais sans les problèmes de toxicité. À titre d’exemple, certains points quantiques électroluminescents développés par l’équipe pourraient être inclus dans des encres invisibles pour aider à prévenir la contrefaçon, ou incorporés dans des dispositifs électroluminescents, notamment des écrans de télévision.
L’équipe espère que leurs travaux pourront contribuer à élargir les utilisations des points quantiques non métalliques et à mettre leurs propriétés uniques à profit dans l’environnement.