Des dizaines de milliers de catalyseurs réalisables sur le diamètre d'un cheveu.
De nouvelles méthodes nous permettent de produire d'innombrables nouveaux matériaux en une seule étape et de les analyser rapidement.
Lorsqu'on recherche des catalyseurs pour la transition énergétique, les matériaux composés d'au moins cinq éléments sont considérés comme très prometteurs. Mais il en existe théoriquement des millions. Comment identifier le plus puissant d'entre eux ? Une équipe de recherche basée à Bochum et dirigée par le professeur Alfred Ludwig, chef du département "Découverte des matériaux et interfaces" (MDI), a réussi à placer toutes les combinaisons possibles de cinq éléments sur un support en une seule étape. En outre, les chercheurs ont mis au point une méthode permettant d'analyser à haut débit le potentiel électrocatalytique de chacune des combinaisons de cette bibliothèque de micromatériaux. Ils espèrent ainsi accélérer considérablement la recherche de catalyseurs potentiels. L'équipe de l'université de la Ruhr à Bochum a publié ses résultats dans la revue Advanced Materials du 21 décembre 2022.
Dans chaque collection de points se trouve une micro-bibliothèque unique, dont chacune contient une variation de composition.
© Lars Banko
Un système complet de matériaux à cinq éléments sur un seul support
Pour produire des bibliothèques de matériaux d'alliages dits à haute entropie, les chercheurs de Bochum utilisent un procédé de pulvérisation cathodique. Dans ce processus, tous les matériaux de départ sont appliqués simultanément sur un support à partir de différentes directions. Les matériaux de départ sont déposés dans des rapports de mélange différents sur chaque partie du support. "Dans le cadre du projet actuel, nous avons affiné ce processus en utilisant des trous d'épingle de manière à ce que chaque mélange de matériaux ne soit déposé que dans un point minuscule d'environ 100 micromètres de diamètre sur le support", décrit Alfred Ludwig. Cela correspond à peu près au diamètre d'un cheveu humain. "En miniaturisant les bibliothèques de matériaux, nous sommes maintenant en mesure d'accueillir un système complet de cinq composants sur un seul support, ce qui constitue un immense progrès", ajoute le Dr Lars Banko du département MDI, qui a récemment pris la tête du projet de start-up xemX financé par l'EXIST.
Recherche avec des gouttes suspendues
Pour étudier les matériaux créés avec cette technique, les chercheurs utilisent ce que l'on appelle la microscopie cellulaire électrochimique à balayage (SECCM). Il s'agit de mesurer les propriétés électrochimiques du matériau en un point précis par le biais d'une nanogoutte suspendue d'un électrolyte mesurant un millième du diamètre d'un cheveu. "Cela signifie que nous pouvons utiliser des méthodes à haut débit pour identifier les candidats présentant la plus forte activité catalytique, pour lesquels une analyse plus détaillée semble utile", explique le professeur Wolfgang Schuhmann, directeur du département de chimie analytique de l'université de la Ruhr à Bochum.
Grâce à ces méthodes, les chercheurs espèrent pouvoir rechercher efficacement dans la pléthore de matériaux possibles pour de nouveaux catalyseurs afin d'identifier les candidats particulièrement actifs en tant que catalyseurs. Les catalyseurs sont nécessaires, par exemple, pour les processus de conversion énergétique qui pourraient nous permettre d'utiliser l'hydrogène vert à grande échelle comme vecteur énergétique respectueux de l'environnement.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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