L’or résistant à l’usure : une percée scientifique à l’Université de Tokyo

Dans une première mondiale, des chercheurs, dont ceux de l’Université de Tokyo, ont découvert une méthode pour améliorer la durabilité des catalyseurs en or en créant une couche protectrice de grappes d’oxydes métalliques. Cette découverte pourrait avoir des implications majeures dans diverses industries, dont la synthèse chimique et la production de médicaments.

Chacun apprécie l’or : athlètes, pirates, banquiers… tous. Historiquement, c’est un métal attrayant pour la fabrication d’objets tels que les médailles, les bijoux, les pièces de monnaie, etc. La raison pour laquelle l’or semble si brillant et attrayant pour nous est qu’il est chimiquement résistant à des conditions physiques qui pourraient autrement ternir d’autres matériaux, par exemple, la chaleur, la pression, l’oxydation et d’autres nuisances.

Paradoxalement, cependant, à des échelles nanoscopiques, de minuscules particules d’or inversent cette tendance et deviennent très réactives, si bien qu’elles sont essentielles depuis longtemps pour réaliser différents types de catalyseurs, des substances intermédiaires qui accélèrent ou permettent d’une certaine manière une réaction chimique.

Les propos du professeur Kosuke Suzuki

« L’or est un métal merveilleux et est justement loué dans la société, et surtout dans la science », a indiqué le professeur associé Kosuke Suzuki du Département de chimie appliquée de l’Université de Tokyo.

« Il est excellent pour les catalyseurs et peut nous aider à synthétiser une gamme de choses, y compris des médicaments. Les raisons de cela sont que l’or a une faible affinité pour l’absorption des molécules et est également très sélectif sur ce à quoi il se lie, ce qui permet un contrôle très précis des processus de synthèse chimique. »

Une approche pour améliorer la durabilité des catalyseurs en or

Malgré les avantages de l’or, il présente certains inconvénients. Il devient plus réactif lorsque les particules sont réduites, et il y a un point où un catalyseur fabriqué avec de l’or peut commencer à souffrir négativement de la chaleur, de la pression, de la corrosion, de l’oxydation et d’autres conditions.

Kosuke Suzuki et son équipe pensaient pouvoir améliorer cette situation et ont conçu un nouvel agent protecteur qui pourrait permettre à un catalyseur en or de maintenir ses fonctions utiles mais dans une plus grande gamme de conditions physiques qui entravent généralement ou détruisent un catalyseur en or typique.

« Les nanoparticules d’or actuelles utilisées dans les catalyseurs ont un certain niveau de protection, grâce à des agents tels que les dodécane-thiols et les polymères organiques. Mais notre nouveau est basé sur un amas d’oxydes métalliques appelés polyoxométalates et il offre des résultats bien supérieurs, surtout en ce qui concerne le stress oxydatif », a précisé Kosuke Suzuki.

« Nous étudions actuellement les structures et les applications novatrices des polyoxométalates. Cette fois, nous avons appliqué les polyoxométalates aux nanoparticules d’or et avons constaté que les polyoxométalates améliorent la durabilité des nanoparticules. Le véritable défi était d’appliquer une large gamme de techniques analytiques pour tester et vérifier tout cela. »

En synthèse

Cette découverte pourrait avoir des implications majeures dans diverses industries, dont la synthèse chimique et la production de médicaments. Les prochaines étapes consisteront à améliorer la gamme de conditions physiques auxquelles nous pouvons rendre les nanoparticules d’or plus résistantes, et également à voir comment nous pouvons ajouter une certaine durabilité à d’autres métaux catalytiques utiles comme le ruthénium, le rhodium, le rhénium et, bien sûr, quelque chose que les gens apprécient encore plus que l’or : le platine.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’un catalyseur en or ?

Un catalyseur en or est une substance qui accélère ou permet une réaction chimique. Il est largement utilisé dans la synthèse chimique et la production de médicaments.

Qu’est-ce qui rend l’or si précieux pour la science ?

L’or a une faible affinité pour l’absorption des molécules et est très sélectif sur ce à quoi il se lie, ce qui permet un contrôle très précis des processus de synthèse chimique.

Quels sont les inconvénients de l’or ?

L’or devient plus réactif lorsque les particules sont réduites, et il y a un point où un catalyseur fabriqué avec de l’or peut commencer à souffrir négativement de la chaleur, de la pression, de la corrosion, de l’oxydation et d’autres conditions.

Qu’est-ce que les polyoxométalates ?

Les polyoxométalates sont un amas d’oxydes métalliques qui peuvent améliorer la durabilité des nanoparticules d’or.

Quelles sont les prochaines étapes de cette recherche ?

Les prochaines étapes consisteront à améliorer la gamme de conditions physiques auxquelles nous pouvons rendre les nanoparticules d’or plus résistantes, et également à voir comment nous pouvons ajouter une certaine durabilité à d’autres métaux catalytiques utiles.

Références

Article : Kang Xia, Takafumi Yatabe, Kentaro Yonesato, Soichi Kikkawa, Seiji Yamazoe, Ayako Nakata, Ryo Ishikawa, Naoya Shibata, Yuichi Ikuhara, Kazuya Yamaguchi & Kosuke Suzuki, « Ultra-stable and highly reactive colloidal gold nanoparticle catalysts protected using multi-dentate metal oxide nanoclusters, » Nature Communications : 6 février 2024, doi:10.1038/s41467-024-45066-9.

Légende illustration : Image à résolution atomique de la nouvelle nanoparticule des chercheurs réalisée à l’aide d’une technique appelée microscopie électronique à transmission à balayage à champ sombre annulaire. ©2024 Suzuki et al.