L’or pourrait être la clé du déverrouillage d’une voie de réaction insaisissable mais hautement souhaitable pour l’électronique du futur

Un nouvel éleveur dirigé par l’Australie découvre que les atomes d’or pourraient détenir la clé pour déverrouiller les 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. La maîtrise des réactions de ces molécules organiques est essentielle pour concevoir des matériaux aux propriétés fonctionnelles.

Les réactions ciblant les liaisons carbone-hydrogène (CH) présentent depuis longtemps un intérêt scientifique, étant donné que presque toutes les molécules organiques contiennent ces liaisons. Une nouvelle étude menée par FLEET à l’Université Monash (publiée cette semaine Journal de l’American Chemical Society) établissent que des atomes d’or individuels peuvent fournir une voie à faible énergie pour des réactions qui peuvent cibler des liaisons C-H spécifiques.

Le Saint Graal des réactions chimiques

“L’un des objectifs de FLEET est de développer des matériaux dont les propriétés électroniques peuvent être utilisées dans les technologies à faible consommation d’énergie”, explique l’auteur A/Prof Agustin Schiffrin.

Les molécules organiques peuvent servir de blocs de construction utiles pour la construction accordable de ces matériaux, à condition que les réactions entre les molécules soient contrôlées à l’échelle atomique.

Les liaisons carbone-hydrogène sont l’une des liaisons les plus courantes dans les molécules organiques. Par conséquent, la capacité de cibler des liaisons CH spécifiques dans des réactions chimiques a été décrite par certains chercheurs comme le “Saint Graal”. Malheureusement, les réactions d’activation du CH font face à deux défis majeurs :

  1. Difficulté à cibler un seul composé spécifique pour la réaction (mauvaise sélectivité).
  2. Il faut beaucoup d’énergie pour rompre ces liaisons (énergie d’activation élevée).

Tous les paillettes…?

Les chercheurs de Monash ont découvert que atomes d’or simples CH peut fournir une route pour l’activation.

Les chercheurs ont attaché un petit nombre d’atomes d’or individuels à des molécules organiques de 9,10-dicyanoanthracène (DCA) sur la surface atomiquement plate 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 imager et caractériser les échantillons”, explique l’auteur principal Benjamin Lowe, étudiant au doctorat FLEET à Monash. “Ces techniques ont révélé des liaisons covalentes inhabituelles entre les atomes de carbone et les atomes d’or des molécules de DCA.”

La formation de telles liaisons covalentes indique que des liaisons CH spécifiques doivent d’abord être rompues. En collaboration avec des collaborateurs théoriques de l’Académie tchèque des sciences, les chercheurs ont découvert une voie de réaction qui suggère qu’un intermédiaire métallo-organique formé par des atomes d’or simples avec des paires de molécules DCA pourrait aider une telle réaction à se dérouler.

Il est important de noter que la voie de réaction détectée ne peut expliquer que le clivage CH d’une liaison CH spécifique. Les chercheurs ont découvert que l’énergie nécessaire pour rompre cette liaison C-H spécifique était considérablement réduite (barrière d’activation), permettant la réaction à température ambiante.

“Cette étude aborde directement deux des plus grands défis limitant la dissociation spécifique des liaisons C-H dans les molécules organiques – une faible sélectivité et une barrière d’activation élevée”, explique le chercheur principal de FLEET, Agustin Schiffrin. « Notre approche pourrait potentiellement ouvrir la porte à la synthèse de nouveaux nanomatériaux organiques et métallo-organiques dotés de propriétés utiles pour l’électronique, l’optoélectronique, la détection, la catalyse, etc.

Et après?

Compte tenu du grand intérêt pour les réactions des molécules organiques dans un certain nombre de domaines, cette réaction prometteuse a de nombreuses applications potentielles, telles que la production de polymères et la modification de produits pharmaceutiques.

Les chercheurs de FLEET espèrent exploiter cette réaction sélective et efficace pour produire des matériaux atomiquement minces avec des propriétés électroniques souhaitables.

L’étude a été dirigée par l’École de physique et d’astronomie de l’Université Monash, avec des co-auteurs de l’Institut de physique de l’Académie tchèque des sciences et de l’Université Palacký en République tchèque.

Les auteurs reconnaissent le soutien du Conseil australien de la recherche (centre d’excellence et programmes de bourses futures), 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 des Sports d’Azerbaïdjan. République tchèque (e-Infrastructure CZ).

Benjamin Lowe a mené des recherches dans le groupe du professeur Agustin Schiffrin à l’Université Monash, étudiant les propriétés électroniques des matériaux organiques et métallo-organiques à l’échelle atomique.

À l’aide de techniques de pointe de synthèse de nanomatériaux et de microscopie à sonde à balayage à l’Université Monash, le groupe travaille à la synthèse de nouveaux matériaux qui pourraient être utilisés dans des dispositifs électroniques à ultra-basse énergie.

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