Une nouvelle découverte d’atomes d’or menée par l’Australie pourrait être la clé pour débloquer des réactions organiques.
Les molécules organiques sont les éléments constitutifs des matériaux que nous utilisons tous les jours – de nos vêtements et tasses à café à nos écrans de téléphone. Le contrôle de la réaction de ces molécules organiques est la clé pour créer des matériaux aux propriétés fonctionnelles.
Les réactions impliquant des liaisons carbone-hydrogène (CH) ont toujours été d’un intérêt scientifique puisque presque toutes les molécules organiques contiennent ces liaisons. Dirigée par FLEET à l’Université Monash, une nouvelle étude (publiée cette semaine dans Journal de l’American Chemical Society) constate que les atomes d’or individuels peuvent fournir une voie à faible énergie pour les interactions qui peuvent cibler des liaisons C-H spécifiques.
Le “saint graal” des réactions chimiques
“L’un des objectifs de FLEET est le développement de matériaux pouvant être utilisés dans les technologies à faible consommation d’énergie”, explique l’auteur correspondant A/Prof Agustin Schiffrin.
Les molécules organiques peuvent servir de blocs de construction utiles pour la construction de ces structures, tant que les interactions entre les molécules peuvent être contrôlées à l’échelle atomique.
Les liaisons carbone-hydrogène sont parmi les liaisons les plus courantes dans les molécules organiques. Pour cette raison, la capacité d’identifier des liaisons CH spécifiques dans des réactions chimiques a été décrite par certains chercheurs comme le “Saint Graal”. Malheureusement, deux problèmes majeurs entravent les réactions d’activation du CH :
- Difficulté à cibler une seule action (biais négatif).
- Il faut beaucoup d’énergie pour rompre ces liaisons (énergie d’activation élevée).
Tout ce qui brille… ?
Les chercheurs de Monash ont découvert que atomes d’un or peut fournir une voie pour l’activation du CH.
Les chercheurs ont attaché un petit nombre d’atomes d’or individuels à des molécules de 9,10-dicyanoanthracène (DCA) sur un atome réparti sur la surface de l’argent, Ag(111).
“Nous avons utilisé des techniques expérimentales à l’échelle atomique – la microscopie à effet tunnel et la microscopie à force atomique – pour caractériser et caractériser les échantillons”, explique l’auteur principal Benjamin Lowe, étudiant au doctorat FLEET à Monash. “Ce processus a révélé des liaisons covalentes inhabituelles entre les atomes de carbone des molécules de DCA et les atomes d’or.”
La formation de telles liaisons indique que des liaisons CH spécifiques doivent avoir été rompues en premier. En collaboration avec les assistants d’enseignement de l’Académie tchèque des sciences, les chercheurs ont découvert un mécanisme d’action suggérant qu’un état intermédiaire métallo-organique composé d’atomes d’or simples et de paires de molécules de DCA peut favoriser la libération d’une telle réaction.
Il est important de noter que le mécanisme de réaction trouvé ne peut qu’expliquer la rupture CH de la liaison CH. Les chercheurs ont trouvé une diminution remarquable de l’énergie nécessaire pour rompre cette liaison C-H particulière (barrière d’activation), ce qui lui permet d’avoir lieu à température ambiante.
“Cette étude aborde directement deux problèmes majeurs – à savoir une faible sélectivité et des barrières d’activation élevées – qui limitent la séparation des liaisons CH dans les molécules”, explique Agustin Schiffrin, chercheur principal de FLEET. “Notre approche peut ouvrir la porte à la production de nanomatériaux organiques et métallo-organiques, aux propriétés utiles pour l’électronique, l’optoélectronique, la détection, la catalyse, etc.”
Et après?
Compte tenu du grand intérêt de l’activité des molécules organiques dans divers domaines, cette activité prometteuse a de nombreuses applications potentielles telles que la production de polymères et le développement de médicaments.
Chez FLEET, les chercheurs espèrent utiliser ce processus unique et efficace pour créer des matériaux atomiquement minces avec des propriétés électriques souhaitables.
L’étude a été menée par l’École de physique et d’astronomie de l’Université Monash, en collaboration avec des auteurs de l’Institut de physique de l’Académie des sciences de la République tchèque et de l’Université Palacký de la République tchèque.
Outre le soutien du Conseil australien de la recherche (programmes Centre of Excellence et Future Fsociation), les auteurs reconnaissent le soutien de l’Académie tchèque des sciences et de la Fondation tchèque des sciences (Praemium Academie) et du ministère de l’Éducation, de la Jeunesse et de la Jeunesse. Sports de la République tchèque (e-Infrastruktura CZ).
Benjamin Lowe a dirigé l’étude dans le groupe du professeur Agustin Schiffrin à l’Université Monash, qui étudie les propriétés électroniques des matériaux organiques et métallo-organiques sur l’atome.
À l’aide de la synthèse de nanomatériaux de pointe et de la technologie de microscopie à sonde à balayage de l’Université Monash, le groupe travaille au développement de nouveaux matériaux pouvant être utilisés dans l’électronique ultra-basse consommation.
