Synthèse innovante de nanoparticules à basse température

Dans le paysage technologique actuel qui évolue rapidement, la manipulation des matériaux à un niveau microscopique s'avère plus critique que jamais. Les nanoparticules inorganiques, en particulier celles fabriquées à partir de métaux, jouent un rôle essentiel dans une myriade d'applications, qu'il s'agisse d'alimenter nos smartphones et nos ordinateurs ou de permettre des percées dans le domaine des traitements médicaux et des solutions énergétiques durables. L'élaboration de mélanges de métaux multiples à l'échelle des nanoparticules n'est pas seulement une entreprise scientifique ; c'est une nécessité qui sous-tend de nombreuses technologies dont nous dépendons aujourd'hui quotidiennement.

Cependant, il est difficile d'obtenir un contrôle précis de ces mélanges. Les techniques standard nécessitent souvent des températures élevées et un refroidissement rapide, ce qui complique le contrôle de la taille et de la forme des nanoparticules obtenues. "De plus, il n'existe pas de technique analytique permettant de garantir que le mélange prévu a été effectué avec succès", explique Cedric David Koolen, chercheur à la Faculté des sciences de base de l'EPFL. "Les approches conventionnelles permettent d'obtenir la composition moyenne ou, au mieux, la composition d'une poignée de particules seulement, ce qui empêche de tirer des conclusions définitives.

Dans une nouvelle étude dirigée par Koolen, une équipe de scientifiques a mis au point une nouvelle méthode de synthèse de ces nanoparticules multimétalliques. Ces minuscules particules, beaucoup plus fines qu'un cheveu humain, sont importantes dans de nombreuses applications, de l'électronique aux solutions environnementales. La nouvelle approche, publiée dans Nature Synthesis, pourrait remodeler la façon dont ces nanoparticules sont fabriquées, en offrant un meilleur contrôle et une plus grande adaptabilité.

L'équipe a également pu garantir, pour la première fois, un mélange homogène de toutes les particules grâce à la technologie développée par SCIDENTIFY, une start-up de l'EPFL incubée dans le laboratoire du professeur Andreas Züttel.

Cette méthode peut être utilisée pour synthétiser des alliages à nanosurface (NSA) à des températures ne dépassant pas 80 °C, soit une température nettement inférieure à celle requise par les méthodes conventionnelles, créant ainsi un outil plus sophistiqué pour la conception des NSA. L'équipe a utilisé l'apprentissage automatique pour prédire et guider la synthèse de compositions NSA spécifiques et pour affiner la structure et les performances des NSA, accélérant ainsi le cycle d'essai et d'amélioration.

Le principal avantage de la nouvelle méthode est son adaptabilité, puisque les chercheurs l'ont utilisée pour générer des NSA à partir de composants mélangeables ("miscibles") et non mélangeables ("non miscibles"). Cela élargit la gamme des métaux qui peuvent être combinés, ouvrant ainsi de nouvelles possibilités dans la conception et l'application de ces nanoparticules.

Dans un article News&Views paru dans Nature Synthesis, des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory et de l'Institut coréen de science et de technologie ont déjà salué ce travail comme "une meilleure solution pour l'optimisation des catalyseurs guidée par la théorie".

Cette méthode peut avoir des applications importantes en catalyse chimique. Les chercheurs ont pu utiliser leurs NSA nouvellement conçus comme catalyseurs dans l'électro-réduction du dioxyde de carbone, un processus crucial pour les technologies énergétiques durables. En expérimentant différentes formes et compositions de NSA, les chercheurs ont pu comprendre comment ces facteurs influencent leur efficacité en tant que catalyseurs, ce qui peut s'avérer inestimable pour concevoir des catalyseurs plus efficaces pour toute une série de réactions chimiques.

Autres contributeurs

• Science et technologie des matériaux de l'Empa
• SCIDENTIFIER
• Centre interdisciplinaire de microscopie électronique de l'EPFL (CIME)
• Institut Paul Scherrer
• Centre de catalyse des alliages à haute entropie (CHEAC) de l'université de Copenhague
• École d'ingénierie environnementale et chimique de l'université de Shanghai