Assemblages parfaits de nanoparticules d’or

Les nanoparticules peuvent s’assembler entre elles, à l’instar des atomes, dans des structures périodiques, appelées supracristaux. Les applications de ces derniers sont multiples (de la catalyse à la détection) mais elles exigent des assemblages réguliers, avec le moins de défauts possible. Malgré des progrès récents, il est toujours difficile de produire de manière fiable des structures de grande taille. Une équipe de scientifiques du LPS (CNRS/Université Paris-Saclay), en collaboration avec deux équipes espagnoles (Université de Vigo et CIC Nanogune), ont démontrés la formation de supracristaux parfaitement ordonnés de taille millimétrique. Ce travail a été publié dans la revue Advanced Functional Materials.

L’assemblage d’un supracristal dans un canal microfluidique est suivi dans le temps par diffusion des rayons X. Après formation, la structure est extraite et « disséquée » par un faisceau d’ions. Chaque tranche est imagée par microscopie électronique pour reconstruire l’empilement en trois dimensions.

Parmi la variété de formes qu’on peut synthétiser, ils ont choisi des octaèdres. Ces objets sont captivants : alors qu’ils sont assez proches des sphères, ils ne forment pas de structures compactes comme ces dernières. Plutôt, ils s’auto-assemblent selon trois réseaux distincts (simple hexagonal simple, monoclinique ou réseau de Minkowski), qui peuvent se retrouver parfois tous les trois dans un seul échantillon. Ce polymorphisme explique probablement pourquoi il est si difficile d’obtenir des empilements réguliers d’octaèdres. Les chercheurs ont esquivé le problème en confinant une solution de particules dans un canal microfluidique recouvert d’une fine membrane perméable. Pendant ce séchage lent et contrôlé (qu’on appelle pervaporation), ils ont suivi la formation du supracristal (dans le temps et dans l’espace) par la diffusion des rayons X. Ils ont appris ainsi que le processus commence par la concentration des nanoparticules dans le canal, suivie par la nucléation et la croissance du supracristal. L’orientation de celui-ci ne change pas pendant la croissance et il finit par adopter la forme du canal.

L’assemblage ainsi obtenu a été étudié par microscopie électronique : le supracristal est découpé par un faisceau d’ions et chaque tranche est imagée. On peut ainsi reconstituer la structure tridimensionnelle et, en combinant cette information avec celle obtenue par rayons X, identifier le réseau comme étant monoclinique. La pervaporation stabilise donc cette structure particulière au dépens des autres arrangements possibles et permet ainsi d’obtenir des supracristaux de grande taille, avec des applications potentielles à la chimie analytique.

Référence

Structure and Formation Kinetics of Millimeter-Size Single Domain Supercrystals

Daniel García-Lojo, Evgeny Modin, Sergio Gómez-Graña, Marianne Impéror-Clerc, Andrey Chuvilin, Isabel Pastoriza-Santos, Jorge Pérez-Juste, Doru Constantin, Cyrille Hamon

Adv. Funct. Mater. (2021)

DOI : 10.1002/adfm.202101869

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Marianne Impéror-Clerc, Doru Constantin, Cyrille Hamon