Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à créer des feuilles d’or d’une seule couche d’atome d’épaisseur. Le matériau a été appelé Goldene. Selon des chercheurs de l’Université de Linköping, en Suède, cela a conféré à l’or de nouvelles propriétés qui peuvent le rendre approprié pour une utilisation dans des applications telles que la conversion du dioxyde de carbone, la production d’hydrogène et la production de produits chimiques à valeur ajoutée. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Synthèse naturelle.
Les scientifiques ont longtemps essayé de fabriquer des feuilles d’or d’une épaisseur d’un seul atome, mais ont échoué en raison de la tendance du métal à s’agglutiner. Mais des chercheurs de l’université de Linköping ont désormais réussi grâce à une méthode centenaire utilisée par les forgerons japonais.
« Si vous créez un matériau extrêmement fin, quelque chose d’extraordinaire se produit, comme avec le graphène. La même chose se produit avec l’or. Comme vous le savez, l’or est généralement un métal, mais s’il ne contient qu’un seul atome, l’or peut devenir un semi-conducteur. « , déclare Shun Kashiwaya, chercheur à la division de conception des matériaux de l’université de Linköping.
Pour créer Goldene, les chercheurs ont utilisé un matériau de base tridimensionnel dans lequel l’or est incrusté entre des couches de titane et de carbone. Mais trouver Goldene s’est avéré être un défi. Selon Lars Hultman, professeur de physique des couches minces à l’université de Linköping, une partie des progrès est due au hasard.
« Nous avions créé le matériau de base avec des applications complètement différentes en tête. Nous avons commencé avec une céramique conductrice d’électricité appelée carbure de silicium-titane, où le silicium est présent en couches minces. L’idée était ensuite de recouvrir le matériau d’or pour établir un contact. Mais quand « Nous avons exposé le composant à des températures élevées, la couche de silicium a été remplacée par de l’or à l’intérieur du matériau de base », explique Lars Hultman.
Ce phénomène s’appelle l’intercalation et ce que les chercheurs avaient découvert était du carbure d’or et de titane. Depuis plusieurs années, les chercheurs disposent de carbure d’or et de titane sans savoir comment l’or peut être exfolié ou, pour ainsi dire, étalé.
Par hasard, Lars Hultman a découvert une méthode utilisée dans l’art de la forge japonaise depuis plus de cent ans. C’est ce qu’on appelle le réactif de Murakami, qui élimine les résidus de carbone et change la couleur de l’acier dans la fabrication de couteaux, par exemple. Mais il n’était pas possible d’utiliser exactement la même recette que celle des forgerons. Kashiwaya a dû envisager des modifications.
« J’ai essayé différentes concentrations du réactif de Murakami et différentes durées de gravure. Un jour, une semaine, un mois, plusieurs mois. Ce que nous avons remarqué, c’est que plus la concentration était faible et plus le processus de gravure était long, mieux c’était. Mais c’était toujours le cas. ce n’est pas suffisant », dit-il.
La gravure doit également être effectuée dans l’obscurité, car le cyanure se développe lors de la réaction lorsqu’il est frappé par la lumière et dissout l’or. La dernière étape consistait à stabiliser les feuilles d’or. Pour empêcher les feuilles bidimensionnelles exposées de s’enrouler, un tensioactif a été ajouté. En l’occurrence, une longue molécule qui sépare et stabilise les feuillets, c’est à dire un tensioactif.
« Les feuilles d’or sont dans une solution, un peu comme les cornflakes dans le lait. À l’aide d’une sorte de « tamis », nous pouvons collecter l’or et l’examiner au microscope électronique pour confirmer que nous avons réussi. Ce que nous avons », explique Kashiwaya. .
Les nouvelles propriétés de l’or sont dues au fait que l’or possède deux liaisons libres lorsqu’il est bidimensionnel. Grâce à cela, les applications futures pourraient inclure la conversion du dioxyde de carbone, la catalyse génératrice d’hydrogène, la production sélective de produits chimiques à valeur ajoutée, la production d’hydrogène, la purification de l’eau, la communication et bien plus encore. De plus, la quantité d’or utilisée aujourd’hui dans les applications peut être considérablement réduite.
La prochaine étape pour les chercheurs de LiU consiste à déterminer s’il est possible de faire de même avec d’autres métaux nobles et à identifier d’autres applications futures.
Plus d’information:
Synthèse de goldene comprenant de l’or en couche à un seul atome, Synthèse naturelle (2024). DOI : 10.1038/s44160-024-00518-4