Evolution temporelle de la structure de nanoparticules d’argent

31 août 2023

Des nanoparticules d’argent, polluants majeurs, ont été synthétisées sous vide, exposées à l’air et étudiées par imagerie à résolution atomique et calculs ab initio. Les effets de température, pression et contamination de surface sur la morphologie des particules ont été démêlés, ouvrant la voie vers la compréhension à l’échelle atomique de leur vieillissement en conditions environnementales.

Les nanoparticules métalliques sont abondamment utilisées dans l’industrie, la médecine et les produits domestiques et présentent un intérêt majeur pour la recherche en catalyse, optique, biodétection, cosmétique, etc. Parmi elles, les nanoparticules d’argent (Ag NPs) ont fait l’objet de développements intensifs, notamment en raison de leurs propriétés antimicrobiennes. Elles constituent une source majeure de polluants environnementaux, leur toxicité évoluant en fonction de leur devenir.

Très peu de choses sont connues concernant la stabilité et l’évolution structurale à l’échelle atomique des Ag NPs exposées à l’environnement. Dans nos travaux, des clusters d’argent ont été synthétisés sous vide, exposés à l’air ambiant et étudiés par imagerie à résolution atomique (ac-STEM) pour obtenir des statistiques de distribution d’isomères. Les Ag NPs exposées à l’air ont été modélisées par DFT et dynamique moléculaire ab initio (Ø = 1,66-1,80 nm). Les effets de température, de pression atmosphérique gazeuse et de contamination de surface ont été étudiés afin de déterminer la stabilité des Ag NPs et leurs changements morphologiques aux temps courts (avant le vieillissement). Savoir séparer ces effets est une condition préalable à une conception rationnelle de dispositifs efficaces et plus sûrs pour l’environnement.

Nos résultats montrent que les Ag NPs exposées à l’air conservent leur intégrité métallique tout au long des simulations de dynamique moléculaire à température ambiante. Elles sont sensibles à l’environnement à différents niveaux : (1) la température détermine l’existence d’une morphologie et d’une structure ; (2) les couches de contaminants de surface jouent un rôle crucial dans la compétition morphologique entre Ag NPs ; (3) la pression d’azote a un effet mineur.

Nos résultats théoriques concordent avec les statistiques expérimentales et ouvrent la voie à la compréhension du vieillissement des nanoparticules dans des conditions environnementales à l’échelle atomique.

Publications :

Influence of Air Exposure on Structural Isomers of Silver Nanoparticles
J. Vernieres, N. Tarrat, S. Lethbridge, E. Watchorn-Rokutan, T. Slater, D. Loffreda, and R. E. Palmer
Communications Chemistry, 2023, 6, 19
https://doi.org/10.1038/s42004-023-00813-9

Morphological Sensitivity of Silver Nanoparticles to Environment
N. Tarrat and D. Loffreda
Environmental Science: Nano, 2023, 10, 1754
https://doi.org/10.1039/D2EN01129H

Contact :
Nathalie Tarrat | nathalie.tarrat[chez]cemes.fr