(source: CNRS)

Des chercheurs du Laboratoire de nanochimie de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires (CNRS / Université de Strasbourg), en collaboration avec le Département de Chimie, le Département de physique et d’astronomie et le Département des systèmes microbiens et moléculaires de KU Leuven (Belgique), ont montré que des clusters d’atomes d’argent fortement luminescents peuvent être assemblés dans la structure poreuse de minéraux appelés zéolithes. Grâce au contrôle de leur taille, la grande efficacité de ces matériaux ainsi que leur synthèse bon marché et évolutive en font des candidats prometteurs pour la prochaine génération d’émetteurs pour lampes fluorescentes ou encore pour l’imagerie biologique. Ces travaux sont parus dans la revue Nature Materials.

Les clusters d’argent sont de petits ensembles de moins de dix atomes d’Ag qui présentent des propriétés catalytiques et optiques uniques. Les applications actuelles des clusters d’argent sont limitées en raison d’un manque d’uniformité dans la taille et une tendance naturelle à former des agrégats plus gros. Les chercheurs du Laboratoire de nanochimie de l’Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires ont entrepris d’assembler les clusters dans des espaces nanométriques confinés pour surmonter ces limitations. En particulier, des zéolithes soigneusement choisies peuvent jouer le rôle de cages aptes à accueillir des clusters d’argent de forme et de dimensions souhaitées afin de contrôler et de régler finement leurs propriétés optoélectroniques.

Les zéolithes sont des aluminosilicates poreux naturels qui peuvent être également produits industriellement à grande échelle. En raison de leur structure rigide et bien définie constituée de canaux et de cavités de taille moléculaire, les zéolithes sont des matériaux attrayants pour un large éventail d’applications domestiques et industrielles, comme par exemple la purification de l’eau, la séparation de gaz, la catalyse, etc.

Dans cette étude, les chercheurs se sont penchés sur une série de clusters d’argent assemblés dans quatre types de zéolithes différentes. Les ions d’argent sont introduits dans les zéolithes au moyen d’un échange d’ions conduisant au remplacement partiel ou total des ions de sodium ou de potassium présents initialement dans les zéolithes. Un traitement thermique à haute température a permis l’assemblage contrôlé des clusters dans l’espace confiné des cavités des zéolithes.

Une caractérisation approfondie de ces zéolithes après échange et traitement thermique à l’aide de diverses techniques spectroscopiques de pointe a prouvé sans équivoque une forte influence de l’environnement de la zéolithe hôte et de la charge d’argent sur les propriétés structurales, électroniques et optiques des clusters d’Ag. Grâce à l’ajustement de la zéolithe hôte, des efficacités de luminescence de près de 100% ont été obtenues.

Ces résultats sont d’une importance capitale pour la compréhension des relations entre la structure et les propriétés de petits clusters métalliques et, in fine, pour le développement de matériaux photoluminescents de haute performance avec des applications potentielles en optoélectronique (marqueurs luminescents, lampes fluorescentes), en imagerie biologique et en catalyse.

Représentation schématique de petits clusters d’argent luminescents (sphères vertes) incorporés dans les pores de zéolithes. © Paolo Samori

Référence

Oliver Fenwick, Eduardo Coutiño-Gonzalez, Didier Grandjean, Wouter Baekelant,
Fanny Richard, Sara Bonacchi, Dirk De Vos, Peter Lievens, Maarten Roeffaers*, Johan Hofkens* & Paolo Samorì*

Tuning the energetics and tailoring the optical properties of silver clusters confined in zeolites

Nature Materials 6 juin 2016
DOI : 10.1038/nmat4652

Contact chercheur

Paolo Samorì, Institut de science et d’ingénierie supramoléculaires – Strasbourg

T 03 68 85 51 60

Courriel : samori@unistra.fr
http://www.nanochemistry.fr/