Les nanofeuilles de coordination – les matériaux deux dimensions fabriquées en liant les ions métalliques avec des ligands organiques – ont attiré l’attention ces dernières années en raison de leur conductivité remarquable, de leur activité redox et de leur performance catalytique. Ils sont particulièrement utiles dans des domaines tels que le stockage d’énergie, les capteurs et l’électronique. Cependant, la production de ces nanofeuilles, en particulier les hétérométalliques (qui contiennent deux ions métalliques ou plus), s’appuie traditionnellement sur une réaction interfaciale à deux phases complexes et manquait de contrôle structurel précis.
Pour relever ce défi, une équipe dirigée par le professeur Hiroshi Nishihara de l’Institut de recherche pour les sciences et la technologie (RIST) de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) a démontré une méthode synthétique monophasée pour créer des nanofeuilles de coordination colloïdale, mais également applicables à des lieux de coquille ou de surfaces conductrices et structurellement. L’étude, publiée dans Petit Le 5 mai 2025, a été présenté sur la couverture du Journal.
«Lorsque les ions Ni sont utilisés dans la réaction interfaciale biphasée, des structures poreuses de Nickeladithiolène (NIDT) et des NIBHT non poreuses sont obtenues. Cependant, une méthode rationnelle pour les synthétiser sélectivement n’a pas été entièrement établie jusqu’à présent», explique le professeur Nishihara, expliquant la motivation derrière la présente étude.
Une route plus simple et évolutive vers les encres nanochères
Dans la nouvelle méthode, les chercheurs ont combiné les ions Ni²⁺ et Benzenehexathe (BHT) dans une réaction monophasée pour former une solution colloïdale de nanofeuilles. En ajustant simplement les rapports molaires, ils pourraient synthétiser sélectivement les nanofeuilles NIDT ou NIBHT – chacun avec des propriétés structurelles et électrochimiques distinctes. Ces nanofeuilles colloïdaux ont ensuite été utilisés pour enrober les électrodes en carbone vitreux (GC) pour les tests.
L’analyse électrochimique a révélé des différences claires: les électrodes enduites de NIDT ont montré une large onde redox, confirmant sa nature poreuse, tandis que le NIBHT non poreux n’a pas présenté de comportement redox similaire. De plus, les électrodes GC revêtues de NIDT ont montré une activité élevée dans la réaction d’évolution de l’hydrogène, ce qui en fait des électrocatalyseurs prometteurs.
Les chercheurs ont également réussi à synthétiser les nanofeuilles colloïdales Cu – BHT et Zn – BHT. Notamment, en introduisant les ions Cu²⁺ ou Zn²⁺ dans des solutions NIDT existantes, ils pourraient produire des nanofeuilles hétérométalliques comme Unucu₂bht et Nizn₂bht, où les ions métalliques secondaires occupaient l’intérieur de la structure poreuse.
De plus, l’équipe a démontré une réaction transmétallation dans laquelle les ions cu²⁺ ont remplacé certains ions Ni dans Nibht, conduisant à la formation de nanofeuilles Unucu₂bht.
«Le UCU2BHT a une cristallinité élevée et une conductivité électrique et peut être utilisée dans diverses applications électroniques. Cela montre la supériorité de la structure et les propriétés physiques des nanofeuilles de coordination hétérométallique avec une structure définie», déclare le professeur Nishihara.
Vers les applications du monde réel: imprimable et fonctionnel
Cette recherche débloque deux voies synthétiques polyvalentes et évolutives pour créer des nanofeuilles de coordination qui sont imprimables, fonctionnelles et adaptables pour plusieurs utilisations finales. Que ce soit comme encres pour l’électronique flexible ou en tant que composants dans les systèmes de production d’hydrogène de nouvelle génération, ces matériaux colloïdaux offrent un potentiel pratique important.
«La première encre fabriquée à partir de nanofeuilles de coordination a permis de les produire en masse à l’aide de la technologie d’impression et de les appliquer directement aux appareils, de marquer une étape majeure dans leur utilisation pratique comme dispositifs électroniques flexibles de nouvelle génération, les catalyseurs de production d’hydrogène et les matériaux de capteurs», conclut le professeur Nishihara.
Avec cette réalisation, l’équipe de l’Université des Sciences de Tokyo a ouvert la voie à des nanomatériaux à faible coût et hautes performances qui peuvent accélérer les progrès vers un avenir plus durable et économe en énergie.
