Produire une structure 2D en silicium
Dans sa forme naturelle, le silicium solide cristallin se lie à quatre autres éléments, créant une structure 3D qu’on appelle tétraèdre. Les composés tétraédriques du silicium sont considérés comme les éléments de base de la croûte terrestre. La croûte est formée de différents types de roches, comme le granite, le basalte, le schiste et le grès. Les principaux minéraux qui constituent la plupart de ces roches sont des composés du silicium, le deuxième élément chimique le plus abondant dans la croûte après l’oxygène. Auparavant, synthétiser et caractériser un équivalent 2D d’un tétraèdre de silicium paraissait irréalisable. Des scientifiques soutenus par le projet pCx4All, financé par l’UE, ont désormais réussi à créer un complexe cristallin de ce type. Cette avancée ouvrira la voie à de nouvelles possibilités d’utilisation du silicium dans les domaines de la catalyse et de la recherche de matériaux en chimie moléculaire.
Surmonter le problème de la stabilité tétraédrique
Le silicium est un métalloïde, et l’un des six éléments chimiques qui composent le groupe 14 (celui du carbone) du tableau périodique. Comme le carbone, le silicium se lie à quatre éléments pour former un tétraèdre, un solide géométrique à quatre faces triangulaires. En termes géométriques, l’équivalent 2D d’un tétraèdre serait un carré. Toutefois, le tétraèdre est si stable qu’il n’existe aucune autre structure connue en silicium naturel avec quatre liaisons, ou silicium(IV). Selon un communiqué de presse publié sur le site «ScienceDaily», le Dr Lutz Greb, affilié à l’université de Heidelberg (Allemagne) qui héberge le projet pCx4All, a fait remarquer que même 40 ans de recherches intensives n’avaient pas suffi aux scientifiques pour produire une structure à plan carré dans le domaine de la chimie du silicium(IV). L’équipe du Dr Lutz Greb a réussi, pour la première fois, à synthétiser et à entièrement caractériser une espèce de silicium(IV) à plan carré. Leurs résultats ont été publiés dans la revue «Chem». L’équipe a fait croître un monocristal de silicium – un solide monocristallin dont le réseau est continu et ininterrompu – avant de l’irradier à l’aide d’un faisceau focalisé de rayons X. Lorsqu’ils ont atteint les atomes du monocristal, les rayons X ont été diffractés, ce qui s’est traduit par un motif unique à partir duquel les chercheurs ont pu déterminer la position des noyaux atomiques. Cela a permis d’établir l’existence de molécules de silicium(IV) à plan carré. D’autres analyses ont révélé des propriétés physiques et chimiques inattendues dans la structure, notamment de la couleur dans une substance naturellement incolore. «Il est relativement simple de synthétiser cette configuration à partir des composants que nous avons choisis, après avoir compris les conditions déterminantes requises», a indiqué le Dr Fabian Ebner, premier auteur de l’étude, également affilié à l’université de Heidelberg, dans le communiqué de presse. Le fait que la molécule de silicium(IV) à plan carré soit un composé stable et facile à isoler a toutefois constitué une découverte surprenante. «Étant donné sa grande réactivité, on peut imaginer de nombreuses réactions de décomposition possibles. Néanmoins, nous avons toujours pensé qu’il était possible d’isoler ce composé», a conclu le Dr Lutz Greb. Le projet pCx4All (Calix[4]pyrrole for p-block elements: anti-van’t Hoff-Le Bel configuration and ligand-element cooperativity revive the standard oxidation states.) prendra fin en octobre 2025. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet pCx4All
Mots‑clés
pCx4All, silicium, tétraèdre, silicium(IV) à plan carré, 2D, chimie moléculaire
