Souvent vues dans la nature, les architectures poreuses hiérarchiques ont été imitées à l’échelle nanométrique pour modifier les caractéristiques physiques des matériaux afin d’améliorer les performances¹. Les éléments structurels interconnectés de différentes échelles de longueur sont une caractéristique de l’architecture hiérarchique des matériaux poreux². Les métaux nanoporeux désalliés ont généralement des distributions unimodales de la taille des pores; Par conséquent, de multiples techniques ont été conçues pour produire des structures poreuses hiérarchiquement bimodales avec deux gammes de tailles de pores distinctes³. Les deux objectifs fondamentaux de l’approche de conception des matériaux, à savoir la grande surface spécifique pour la fonctionnalisation et les voies de transport rapides, qui sont distinctes et intrinsèquement en conflit l’un avec l’autre, sont remplis par des matériaux fonctionnels possédant une hiérarchie structurelle ^4,5.

Les performances du capteur électrochimique sont déterminées par la morphologie de l’électrode, car la taille des pores de la nanomatrice est cruciale pour le transport moléculaire et la capture. On a découvert que les petits pores facilitent l’identification de la cible dans des échantillons compliqués, tandis que les pores plus grands améliorent l’accessibilité de la molécule cible, augmentant ainsi la portée de détection^{du capteur 6}. La fabrication basée sur des modèles, la galvanoplastie, la chimie synthétique ascendante, le dépôt de pulvérisation cathodique en couche mince⁷, les matrices flexibles complexes basées sur le support de polydiméthylsiloxane⁸, l’alliage de divers métaux suivi de la gravure sélective du métal moins noble et l’électrodéposition sont quelques-unes des méthodes fréquemment utilisées pour introduire des nanostructures dans l’électrode. L’une des meilleures méthodes pour créer des structures poreuses est la procédure de désalliage. En raison de la disparité des taux de dissolution, le métal sacrificiel, qui est le métal le moins noble, influence considérablement la morphologie finale de l’électrode. Un réseau interconnecté de pores et de ligaments résulte du processus efficace de création de structures d’or nanoporeux (NPG), dans lequel le composant moins noble se dissout sélectivement de l’alliage de départ, et les atomes restants se réorganisent et se consolident⁹.

La méthode de désalliage/placage/réalliage utilisée par Ding et Erlebacher pour fabriquer ces nanostructures consistait d’abord à soumettre l’alliage précurseur composé d’or et d’argent à un désalliage chimique à l’aide d’acide nitrique, puis à chauffer à une température plus élevée avec une seule distribution de taille de pores pour créer le niveau hiérarchique supérieur, et à éliminer l’argent restant à l’aide d’un deuxième désalliage pour produire le niveau hiérarchique inférieur. Cette méthode était applicable aux couches minces¹⁰. Biener et al. ont conseillé d’utiliser des alliages ternaires, qui sont composés de deux métaux nobles comparativement plus réactifs qui sont érodés un à la fois; Le Cu et l’Ag ont d’abord été retirés du matériau Cu-Ag-Au, laissant derrière eux des échantillons de NPG de faible densité à structure bimodale¹¹. Les structures ordonnées à longue portée ne sont pas produites par les procédures décrites en utilisant des alliages ternaires. Des pores plus grands ont été produits en extrayant l’une des phases de l’alliage maître d’Al-Au employé par Zhang et al., qui a produit la structure bimodale avec un degré minimal d’ordre¹². Une structure hiérarchique ordonnée aurait été créée en contrôlant plusieurs échelles de longueur, grâce à l’utilisation de voies de traitement qui comprennent le désassemblage de matériaux en vrac et l’assemblage de composants de base dans des structures plus grandes. Dans ce cas, une structure NPG hiérarchique a été réalisée par écriture directe à l’encre (DIW), alliage et désalliage¹³.

Ici, une méthode de désalliage en deux étapes pour la fabrication d’une structure hiérarchique bimodale d’or nanoporeux (hb-NPG) utilisant diverses compositions d’alliage Au-Ag est présentée. La quantité d’élément réactif en dessous de laquelle le déalliage s’arrête est, en théorie, la limite de séparation. La cinétique de diffusion de surface est légèrement affectée par la limite de séparation ou le seuil de désalliage, qui est généralement compris entre 50 et 60 % atomiques pour la dissolution électrolytique du composant le plus réactif d’un alliage binaire. Une grande fraction atomique d’Ag dans l’alliage Au:Ag est nécessaire pour la synthèse réussie de hb-NPG, car les processus de désalliage électrochimique et chimique ne peuvent pas être achevés avec succès à de faibles concentrations proches de la limite de séparation¹⁴.

L’avantage de cette méthode est que la structure et la taille des pores peuvent être étroitement contrôlées. Chaque étape du protocole est cruciale pour affiner l’échelle de longueur de porosité typique et la distance typique entre les ligaments¹⁵. Pour réguler le taux de diffusion et de dissolution interfaciale des ions, la tension appliquée est soigneusement calibrée. Pour éviter la fissuration pendant le désalliage, la vitesse de dissolution de l’Ag est contrôlée.