La miniaturisation des matériaux bouleverse les fondements de la physique moderne. Les laboratoires du monde entier multiplient les recherches sur les nanoparticules métalliques, dont la taille varie de quelques atomes à plusieurs milliers de molécules. Une découverte remarquable vient d’être réalisée par une équipe internationale, sous la direction de l’Institut de Physique Nucléaire de l’Académie Polonaise des Sciences à Cracovie, dévoilant les subtilités de l’électrodéposition.
Les travaux menés par l’équipe scientifique ont permis de décrypter les mécanismes de formation d’une nanocouche de platine-nickel (PtNi) sur une électrode. L’utilisation d’instruments d’imagerie de pointe a rendu possible l’observation en temps réel des structures atomiques en formation, un accomplissement qui sera exploité pour concevoir des matériaux aux propriétés ultra-précises.
Un processus d’électrodéposition minutieusement étudié
La méthode d’électrodéposition est mise en œuvre par les chercheurs grâce à une immersion contrôlée de l’électrode dans une solution de sels métalliques. Le processus est déclenché par l’application d’une tension précise, provoquant la réduction des ions à proximité de la surface. Les observations sont rendues possibles par la microscopie électronique en transmission (MET), offrant une résolution exceptionnelle inférieure au dix-millionième de millimètre.
La professeure Magdalena Parlińska-Wojtan souligne l’ingéniosité du système mis au point : «Un dispositif spécifique a été développé, constitué de deux puces en silicium dotées d’une membrane SiNx de 50 nanomètres d’épaisseur. L’ajout d’une électrode supplémentaire sur la surface permet de suivre l’évolution de la couche lors de l’application de la tension».
Des découvertes fondamentales pour l’avenir
Les analyses réalisées à l’Université de Technologie de Silésie ont mis en lumière la formation directe de la couche PtNi sur l’électrode. Les nanoparticules sphériques observées présentent des caractéristiques remarquables : un diamètre de plusieurs dizaines de nanomètres et une surface composée de structures dendritiques finement ramifiées.
Les chercheurs ont également constaté un phénomène inattendu : la formation de nanoparticules dans l’électrolyte, suivie de leur déplacement vers l’électrode. Ce processus n’a été observé que dans les zones exposées au faisceau d’électrons, agissant comme agent réducteur au contact de l’eau.
Les travaux menés en partenariat avec l’Institut Fritz Haber de la Société Max Planck à Berlin ont permis d’identifier des mécanismes supplémentaires. «L’allongement du temps de réaction et la réduction de la vitesse des variations de tension ont révélé la nucléation de nanoparticules individuelles, fusionnant rapidement pour former une couche continue» a également détaillé la professeure Parlińska-Wojtan, de l’IfJ PAN.
Une validation par technologie synchrotron
Les expériences ont été complétées au Centre National de Rayonnement Synchrotron SOLARIS de Cracovie, utilisant un microscope à rayons X à balayage en transmission (STXM).
Les analyses ont confirmé la composition de la couche : un mélange d’oxyde de nickel(II) et de platine métallique, ouvrant de nouvelles possibilités pour les applications en piles à combustible et en médecine.
Légende illustration : Electrodéposition de films de nanoparticules de PtNi sur une électrode de carbone par microscopie électronique à transmission en cellule liquide pendant la voltampérométrie cyclique. Le faisceau d’électrons (ici en couleur verte) a illuminé l’électrode (ici en couleur orange) immergée dans la solution de sel de platine et de nickel, favorisant la croissance du film de nanoparticules de PtNi (couleur grise) sur l’électrode. L’épaisseur du film augmente à chaque cycle et, au quatrième cycle, une croissance limitée par le taux de réaction de structures ramifiées et poreuses a été observée. Designed by: Weronika Wojtowicz
Article : ‘Understanding the Growth of Electrodeposited PtNi Nanoparticle Films Using Correlated In-Situ Liquid Cell Transmission Electron Microscopy and Synchrotron Radiation’ / ( 10.1021/acs.nanolett.4c02228 ) – The Henryk Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics Polish Academy of Sciences – Publication dans la revue Nano Letters
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