Une équipe de recherche multi-instituts a synthétisé une famille de grappes métalliques ressemblant à des nanoroues, chacune ayant des propriétés spécifiques – telles que la fluorescence et différents types de magnétisme – qui pourraient faire progresser les technologies de la prochaine génération. Crédit : Polyoxometalates, Tsinghua University Press
Des chercheurs chinois ont mis au point des nano-roues, une nouvelle famille de composés métalliques dotés de propriétés uniques et destinés à être utilisés dans des capteurs avancés et d’autres technologies. L’équipe a synthétisé des nano-amas à base de lanthanide ayant diverses applications, notamment la fluorescence et le refroidissement magnétique.
S’il n’est pas nécessaire de réinventer la roue, le développement de nouvelles nano-roues présente des avantages, selon une équipe de recherche multi-instituts basée en Chine. Le groupe a fabriqué une nouvelle famille de composés métalliques, dont chacun présente des propriétés uniques souhaitables pour les technologies de la prochaine génération, telles que les capteurs avancés.
Leurs résultats ont été publiés récemment dans Polyoxometalates, une revue de recherche internationale et interdisciplinaire à comité de lecture qui se concentre sur tous les aspects des polyoxométalates.
« Les complexes polymétalliques présentent un grand intérêt non seulement pour leur structure moléculaire attrayante, mais aussi pour leurs applications polyvalentes dans divers domaines », a déclaré Yan-Zhen Zheng, co-auteur de la correspondance et professeur au Frontier Institute of Science and Technology (FIST) de l’université Xi’an Jiaotong.
Les complexes polymétalliques, qui comprennent plusieurs atomes de divers métaux ou une combinaison de métaux et d’autres éléments, peuvent conférer aux matériaux des propriétés spécifiques si les molécules peuvent être synthétisées, a déclaré Zheng. Ces propriétés incluent la capacité de fluorescence, ou d’éclat, et des bizarreries magnétiques qui permettent des changements de température drastiques et le contrôle.
Zheng et son équipe se sont concentrés sur la création de complexes polymétalliques composés d’éléments lanthanides, un groupe de 15 matériaux métalliques également connus sous le nom d’éléments de terres rares. Ils ont notamment utilisé l’europium, le terbium et le gadolinium.
« Parmi tous les complexes polymétalliques, les composés à base de lanthanide ont attiré une attention sans précédent en raison de leurs comportements magnétiques et de luminescence intéressants », a déclaré Zheng. « Plusieurs de ces composés ont été isolés avec succès, mais leur synthèse directe reste un défi. »
Les composants des complexes sont géométriquement diversifiés, ce qui nécessite une coordination importante, selon Zheng.
« Des découvertes antérieures ont révélé que le contrôle de l’hydrolyse (décomposition d’un composé avec de l’eau) des ions métalliques lanthanides en présence de ligands organiques appropriés serait une stratégie puissante pour obtenir les espèces souhaitées », a déclaré M. Zheng. Un ligand est une molécule qui se lie à un atome de métal. Son ajout au complexe peut stabiliser la structure.
Les chercheurs ont utilisé l’hydrolyse pour décomposer les lanthanides dans un bain contenant un ligand appelé tricine. La tricine contient plusieurs bras d’oxygène et d’hydrogène, ce qui signifie qu’elle peut accueillir une large gamme de métaux et aider à stabiliser les grappes qui en résultent.
« Par une simple réaction d’hydrolyse, nous avons synthétisé trois nano-amas de lanthanide et utilisé des analyses de diffraction des rayons X pour révéler leur structure stable en forme de roue », a déclaré M. Zheng. « En raison de la présence de différents ions métalliques de lanthanide dans ces analogues, chaque composé présente des propriétés distinctes. »
L’amas à base d’europium a produit des émissions fluorescentes rouges, tandis que l’amas à base de terbium a produit des émissions fluorescentes vertes. L’amas à base de gadolinium présente des applications potentielles dans le domaine du refroidissement magnétique. Selon Zheng, le groupe de recherche continue d’étudier la synthèse et l’application de ces grappes.
Référence : « Tricine-supported polyoxo(alkoxo)lanthanide cluster {Ln15} (Ln = Eu, Gd, Tb) with magnetic refrigerant and fluorescent properties » par Peng-Fei Sun, Xiao-Nan Zhang, Cai-Hong Fan, Wei-Peng Chen et Yan-Zhen Zheng, 12 mars 2023, Polyoxometalates.
DOI : 10.26599/POM.2023.9140026
Parmi les autres contributeurs figurent Peng-Fei Sun, Xiao-Nan Zhang, Cai-Hong Fan et l’auteur correspondant Wei-Peng Chen, tous du FIST, le laboratoire clé d’État du comportement mécanique des matériaux, le laboratoire clé du MOE pour la synthèse sans équilibre de la matière condensée, le laboratoire clé de Xi’an de l’énergie durable et de la chimie des matériaux et l’école de chimie de l’université de Xi’an Jiaotong.
La National Science Foundation of China, le Special Support Plan of Shaanxi Province for Young Top-Notch Talent, le Instrument Analysis Center of Xi’an Jiaotong University et le Fundamental Research Fund for Central Universities ont soutenu ce travail.