Les points quantiques, ces minuscules objets régis par les lois étranges et complexes de la physique quantique, ont été au cœur du prix Nobel de chimie 2023. Si de nombreux points quantiques utilisés en électronique sont fabriqués à partir de substances toxiques, leurs homologues non toxiques sont désormais développés et explorés pour des applications en médecine et dans l’environnement.
Une équipe de chercheurs se concentre sur les points quantiques à base de carbone et de soufre, les utilisant pour créer des encres invisibles plus sûres et contribuer à la décontamination des ressources en eau.
Des points quantiques non métalliques pour un avenir plus vert
Les points quantiques sont des nanocristaux semi-conducteurs synthétiques 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 assistant 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. »
Le professeur s’est concentré sur la conception de points quantiques à base de carbone et de soufre (Cdots et Sdots, respectivement) pour une variété d’autres applications. « Le carbone et le soufre sont des matériaux très abondants et rentables, et ils peuvent facilement être synthétisés en points quantiques », dit-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. »
Des points quantiques pour identifier et dégrader les polluants
Md Palashuddin a déjà mis les Cdots et les Sdots au travail 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 a conçu des points qui brillaient de différentes couleurs, en fonction des contaminants qu’ils rencontraient. Cela signifie qu’ils pouvaient aider à identifier les contaminants – tels que le plomb, le cobalt et le chrome – dans un échantillon d’eau sans lixivier 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 dans l’eau. Dans un projet, Md Palashuddin et son collaborateur Amaresh Kumar Sahoo, professeur assistant qui étudie les nanobiotechnologies à l’Institut indien de technologie de l’information, ont formé des Cdots à partir de pelures de pommes de terre, puis les ont montés sur des microrobots conçus pour cibler et dégrader les colorants toxiques dans des échantillons simulant de l’eau polluée.
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Vers un traitement efficace des déversements de la pollution fluviale
L’équipe a également développé des méthodes pour éliminer complètement 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 filtration à base de Cdots pour aider à traiter les déversements de pétrole.
Ensuite, les chercheurs prévoient de mettre en pratique leurs découvertes 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 plus peuplées.
Md Palashuddin espère utiliser les points non métalliques de son équipe pour identifier et séparer les différents polluants de la rivière, notamment les pesticides, les tensioactifs, les ions métalliques, les antibiotiques et les colorants. Idéalement, les points seront fonctionnalisés pour capter le plus grand nombre possible de ces différents contaminants sur leurs surfaces, afin qu’ils puissent ensuite être facilement éliminés.
Des applications prometteuses au-delà du traitement de l’eau
Les utilisations potentielles des points non métalliques ne se limitent pas au traitement de l’eau. Md 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.
Par exemple, certains points quantiques émetteurs de lumière développés par l’équipe pourraient être inclus dans des encres invisibles pour aider à prévenir la contrefaçon, ou incorporés dans des dispositifs émetteurs de lumière, y compris les écrans de télévision.
L’équipe espère que ses travaux contribueront à élargir les utilisations des points quantiques non métalliques et à mettre leurs propriétés uniques au service de l’environnement.
