Les nanocatalyseurs (NCs) métalliques ont suscité le plus grand intérêt dans le domaine des nanosciences et des nanotechnologies en raison de leurs propriétés électroniques, chimiques et même optiques. Cependant, l'un des défis actuels est la conception de nouveaux nanomatériaux présentant d'excellentes performances catalytiques, une meilleure sélectivité et un faible coût. Par conséquent, une stratégie consiste à développer des NC bimétalliques composés de deux éléments métalliques, qui peuvent présenter des effets synergiques entre leurs propriétés physicochimiques et un accroissement de l’activité catalytique.
Dans ce contexte, nous avons conçu des NCs bimétalliques combinant un métal plasmonique et un métal catalytique. Les métaux nobles tels que Au, Ag ou Cu ne sont catalytiquement actifs que pour un nombre réduit de réactions mais présentent des propriétés optiques particulières telles que des résonances plasmoniques dans le domaine visible, tandis que les métaux catalytiques tels que Pt ou Pd ne présentent pas de résonances plasmoniques dans le domaine visible mais sont catalytiquement actifs pour un plus grand nombre de réactions. Le principal avantage par rapport aux nanoparticules monométalliques est donc l'amélioration des propriétés catalytiques, en combinant les excitations plasmoniques et l'activité catalytique des deux métaux et en créant de nouvelles propriétés. Les nanocatalyseurs bimétalliques peuvent être conçus dans différentes configurations, à savoir les géométries d'alliage et de cœur-coquille. La géométrie de type cœur-coquille combine des interactions optiques et électroniques avec une interface distincte entre les deux métaux. Elle est le plus souvent réalisée avec un cœur plasmonique et une fine coquille catalytique.
Dans notre travail, des nanocatalyseurs Ag@Pt ont été synthétisés par voie chimique grâce à un processus de germination en deux étapes, donnant lieu à une taille de noyau d'Ag et une épaisseur de coquille de Pt contrôlée [1,2]. La robustesse et la polyvalence de la méthode de synthèse ont permis de l'appliquer à différents systèmes (noyau Ag /Au et coquille Pd/Pt). L'activité catalytique des nanocatalyseurs Ag@Pt avec différentes épaisseurs de Pt a été testée au travers d’une réaction modèle et avec ou sans exposition à une irradiation lumineuse visible [2]. Une amélioration remarquable de l'activité catalytique et de la stabilité des NCs Ag@Pt par rapport aux NCs Ag ou Pt purs a été observée. Après avoir étudié les nanoparticules Ag@Pt dispersés en solution, nous nous sommes intéressés aux nanoparticules déposées sur un substrat solide en vue d'ajuster leurs propriétés physico-chimiques. Notre stratégie a consisté à les assembler en super-réseaux ordonnés à 3D appelés aussi super-cristaux, afin de promouvoir les interactions (à la fois chimique et physique) entre les nanoparticules. Ces supercristaux sont en effet très prometteurs, en particulier pour la diffusion Raman exaltée de surface (SERS), mais leur potentiel en photocatalyse c’est-à-dire leur réactivité lorsqu’ils sont exposés à la lumière, a été peu explorée. L'activité catalytique de ces super-cristaux a été mesurée operando au niveau du supercrystal unique par microscopie optique à haute résolution pour la réaction d'évolution de l'hydrogène (HER) [3].
Références
1) S.Lee, H. Portalès, M. Walls, P. Beaunier, N. Goubet, B. Tremblay, J. Margueritat, L. Saviot and A. Courty
Versatile and robust synthesis process for the fine control of the chemical composition and core-crystallinity of spherical core-shell Au@Ag nanoparticles.
2) Nanotechnology, 2021, 32, 095604-095609.Y. Fan Girard A, M. Walls, C. Salzemann, A. Courty
Ag@Pt Core−Shell Nanoparticles for Plasmonic Catalysis.
ACS Appl. Nano Mater., 2023, 6, 1193–1202.
3) Y. Fan, M. Walls C. Salzemann, J-M Noël, F. Kanoufi, A. Courty, J-F Lemineur
Metal Core-Shell Nanoparticle Supercrystals: from Photo-Activation of Hydrogen Evolution to Photo-Corrosion.
Adv.Mater. 2023, 35, 2305402.
Biographie : Alexa COURTY est professeur de chimie à Sorbonne Université, membre du Laboratoire MONARIS (UMR 8233), De la MOlécule aux NAno-objets : Réactivité, Interactions et Spectroscopies ; et co-responsable de l’équipe NARCOS, NAnomatériaux et matériaux nano-structurés : Réactivité, Caractérisation et spectrosc0pieS. Elle effectue ses recherches dans le domaine de la synthèse par voie chimique et l’étude des propriétés physico-chimiques de nanoparticules mono et bimétalliques ainsi que semi-conductrices, pour des applications en catalyse et optique. Elle est directrice de l’école doctorale de Chimie Physique et Chimie Analytique de Paris Centre (ED388) et est membre du CNU 31 depuis 2019.
