Un groupe de scientifiques du centre interdisciplinaire de Nanoscience iNano et du Département de Physique et d'Astronomie de l'Université d'Aarhus ont publié un article avec des résultats très intéressants dans le journal scientifique "Science". Celui-ci traite de la nucléation de nanoparticules d'or sur un support d'oxyde de métaux de transition, sujet brûlant dans les domaines de la nano-catalyse et des sciences de surface. Le rapport présente de nouvelles perspectives dans la compréhension des phénomènes d'adhésion des nanoparticules d'or sur le dioxyde de titane. (TiO2). Ce matériau est d'un grand intérêt pour un grand nombre d'applications technologiques comme la catalyse hétérogène, les senseurs de gaz, la propreté de l'environnement ou encore pour les énergies renouvelables.
Bien que l'importance des oxydes de métaux de transition comme le TiO2 ait été reconnue il y a plus de 30 ans, il manque encore aujourd'hui des points de compréhension fondamentaux sur les phénomènes physiques et chimiques se produisant à la surface du TiO2. La principale raison de ce manque de connaissances provient de la complexité intrinsèque des surfaces à l'échelle atomique et de leurs relations avec les propriétés électroniques du matériau. Le TiO2 réduit est un semi-conducteur avec une bande interdite d'environ 3.1eV. Dans le domaine de la catalyse hétérogène, le TiO2 est largement répandu comme matériau de support pour les particules de métal dispersées.
Dans les années 80, la découverte des propriétés catalytiques particulières des particules d'or dispersées sur des supports d'oxydes a stimulé d'intenses activités de recherche. Cependant, le mécanisme de la catalyse ainsi que la relation entre l'activité catalytique et les propriétés d'adhésion des nanoparticules d'or ne sont toujours pas résolus.
Les chercheurs du centre de recherche iNano, du groupe du professeur Flemming Besenbacher et du professeur associé Bjørk Hammer, ont utilisé un microscope à effet tunnel (STM) afin d'étudier les propriétés d'adhésion des nanoparticules d'or sur des surfaces de dioxyde de titane (TiO2), préparé au préalable dans différents états d'oxydation. Les résultats du STM combinés à des calculs de théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) indiquent qu'il existe une adhésion beaucoup plus forte de l'or sur l'oxyde dans le cas des surfaces riches en oxygène que sur les surfaces pauvres en oxygène.
Ces résultats sont d'une grande importance d'un point de vue fondamental car ils démontrent que d'anciens modèles impliquant des lacunes d'oxygène comme centres de nucléations pour les nanoparticules d'or sont trop simples et peu réalistes pour les conditions de hautes pressions d'une réaction catalytique. Ces nouveaux résultats pourraient aider à améliorer la conception de catalyseurs à base d'or à haute activité, en les rendant stables à long terme car protégés contre l'agglomération de particules.
