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May 04, 2023

La recherche révolutionnaire d'UF Chemist révèle la précision atomique dans les réactions chimiques complexes

Illustration du nanomatériau par Liliia/Adobe Stock. Par Lauren Barnett — juin

Illustration du nanomatériau par Liliia/Adobe Stock.

Par Lauren Barnett — 6 juin 2023

Une équipe de recherche du département de chimie de l'Université de Floride, dirigée par le chimiste Chenjie Zeng, a réussi à démontrer que des réactions chimiques complexes impliquant des nanomatériaux peuvent être réalisées avec une précision sans précédent au niveau atomique. La recherche représente un bond en avant dans le développement potentiel de nanomatériaux avancés. Les résultats de leur étude, publiés dans Nature Synthesis, fournissent des informations précieuses sur la chimie de transformation au niveau atomique des nanomatériaux et présentent de nouvelles opportunités d'applications dans diverses industries.

La nouvelle étude se concentre sur la nanosynthèse de précision, une technique innovante permettant aux scientifiques de manipuler les éléments constitutifs des nanomatériaux en contrôlant les ingrédients de départ, les voies et les produits finaux. Les résultats élargissent notre compréhension des nanoclusters semi-conducteurs, de minuscules structures composées de dizaines à des centaines d'atomes dans le noyau et de dizaines de molécules à la surface qui peuvent être adaptées à des applications spécifiques en électronique, photonique, catalyse et conversion d'énergie.

"En démontrant la première transformation chimique atomiquement précise de nanoclusters semi-conducteurs, nous avons montré que la synthèse de précision peut être étendue de l'échelle moléculaire à l'échelle nanométrique par une conception rationnelle", a déclaré Zeng.

Zeng a rejoint la faculté de l'Université de Floride en 2019, où elle dirige le groupe de recherche Zeng. Grâce à ses conseils et à son expertise, le groupe a été à l'avant-garde de la recherche pionnière en nanochimie de précision. Le projet de recherche a impliqué les efforts de collaboration de Zeng et de l'étudiant diplômé Fuyan Ma, qui a joué un rôle clé dans la conception et la réalisation d'expériences pour réaliser la précision atomique dans la nanosynthèse transformatrice. Le travail est également soutenu par les installations de recherche d'UF Chemistry, y compris la cristallographie aux rayons X, la résonance magnétique nucléaire et la spectrométrie de masse.

Zeng et Ma ont examiné de près un nanocluster spécifique appelé séléniure de cadmium (CdSe), révélant les secrets derrière plusieurs caractéristiques des nanoclusters et les mécanismes de réaction dans le processus. Ils ont pu dévoiler l'origine de la chiralité, ou l'asymétrie des clusters de semi-conducteurs, qui trouve son origine dans la rupture de symétrie du cadre icosaédrique du séléniure par la coordination tétraédrique du cadmium. Ils ont également découvert la source de la polarité, ou la distribution de la charge électrique au sein de ces clusters, qui découle de la distribution asymétrique des molécules protectrices de surface.

En plus du produit, la transformation précise permet également la visualisation atomique des mécanismes complexes à la surface du cluster, aux niveaux intra-cluster et inter-cluster. Armés de ces nouvelles connaissances, les scientifiques peuvent aller de l'avant avec des informations précieuses sur le comportement des nanoclusters et faire progresser la conception d'une large gamme de matériaux aux propriétés souhaitées.

"Nous espérons montrer l'immense potentiel de la précision atomique dans la synthèse des nanomatériaux", a déclaré Zeng.

Lire l'étude complète ici.