Des scientifiques créent une nouvelle forme d'or en 2D

Elle mesure à peine 0,47 nanomètre, soit 100.000 fois moins qu'un cheveu humain : cette feuille d'or, constituée d'à peine deux atomes d'épaisseur, est la plus fine jamais obtenue. Ce type de nanomatériaux 2D, où tous les atomes se situent en surface, suscite un grand intérêt des scientifiques pour leurs propriétés électroniques, mécaniques et chimiques. Le graphènegraphène, illustre représentant de cette catégorie, est ainsi à la fois transparenttransparent et excellent conducteur. Il possède une résistancerésistance cent fois supérieure à celle de l’acier et trouve de très nombreux usages dans l'électronique, l'informatique ou même le textile.

Les atomes de métal ont une tendance naturelle à s’organiser en 3D

Les nanomatériaux métalliques sont toutefois difficiles à obtenir, car les atomes de métal ont tendance à former un réseau cristallinréseau cristallin isotrope et très serré. Il faut donc contraindre la croissance des noyaux métalliques pour éviter leur développement en 3D par une série de stratégies. On peut par exemple ajouter des agents tensioactifs tels que des polymères ou des gazgaz qui se lient sélectivement aux surfaces métalliques à faible tension superficielle, ou encore utiliser un gabarit à base d'hydrogelhydrogel lamellairelamellaire ou de graphène. Ces méthodes ne sont toutefois pas réalisables en milieu aqueuxaqueux et à température ambiante.

Une représentation colorée de la nanofeuille d’or (en réalité celle-ci est de couleur verte). © Université de Leeds

Une « nanoalgue » en or de couleur verte

Pour leur feuille d'or 2D, les chercheurs de l'université de Leeds (Royaume-Uni) ont mis au point un procédé innovant et peu coûteux qu'ils ont décrit dans la revue Advanced Science. Ils ont mélangé une solution contenant de l'acideacide chloroaurique (HAuCl₄), une substance inorganique contenant de l'or, et du citratecitrate de sodiumsodium (Na₃C₆H₅O₇), avec du méthylorange, aussi appelé hélianthine (C₁₄H₁₄N₃O₃SNa). Or, cet agent colorant a la capacité de « confiner » la croissance des noyaux d'or dans une seule direction. Après avoir laissé reposer le mélange pendant 12 heures et plusieurs centrifugations successives, les chercheurs ont obtenu une fine feuille d'or de couleurcouleur verte qu'ils ont surnommée « nanoalgue » du fait de sa couleur et de sa forme.

Les images prises au microscope électronique montrent la façon dont les atomes d'or se sont organisés en structure réticulaire 2D. © Université de Leeds

Des applications en électronique, chimie ou biomédecine

« Non seulement cela va permettre de nouvelles utilisations de l'or, mais cela ouvre aussi une voie à une nouvelle méthode pour développer d'autres métauxmétaux 2D », se félicite Sunjie Ye, principale auteure de l'étude. En réduisant au minimum la quantité d’or utilisée, cette « nanoalgue » va dans un premier temps faire chuter les coûts dans les technologies existantes. Mais elle offre surtout des perspectives prometteuses dans de nombreux domaines, par exemple la catalyse pour l'industrie chimique. La surface étant limitée à deux couches, chaque atome d'or ou presque joue un rôle dans la catalysecatalyse. « Nos tests ont montré que nos nanofeuilles d'or sont 10 fois plus efficaces comme substratsubstrat catalytique que les nanoparticulesnanoparticules d'or 3D actuellement utilisées dans l'industrie », assure Sunjie Ye.

Très souples, elles pourraient également constituer la base de composants électroniques pour des écrans pliables, des encres électroniques ou des écrans transparents conducteurs. L'or 2D constitue également un bon substrat pour la production d'enzymesenzymes artificielles dans les tests de diagnosticdiagnostic médicaux ou les systèmes de purification d’eau. Selon les chercheurs, ce nouveau nanomatériau aurait des potentialités aussi vastes que le graphène. Reste à voir si le procédé est applicable à grande échelle et s'il peut être correctement maîtrisé au niveau industriel.