Dans la recherche de catalyseurs de la transition énergétique, les matériaux composés d’au moins cinq éléments sont considérés comme très prometteurs. Mais il y en a théoriquement des millions – comment identifier le plus puissant ?
Une équipe de recherche basée à Bochum 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. De plus, les chercheurs ont développé une méthode pour analyser le potentiel électrocatalytique de chacune des combinaisons de cette bibliothèque de micromatériaux à haut débit.
C’est ainsi qu’ils espèrent accélérer considérablement la recherche de catalyseurs potentiels. L’équipe de l’Université de la Ruhr à Bochum a publié ses conclusions dans la revue Matériaux avancés.
Un système complet de matériaux à cinq éléments sur un seul support
Pour la production de 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 matières premières sont déposées dans différents rapports de mélange sur chaque partie du support. « Dans le projet actuel, nous avons affiné ce processus en utilisant des trous d’épingle de telle sorte que chaque mélange de matériaux ne soit déposé que dans une minuscule tache d’environ 100 micromètres de diamètre sur le support », explique Alfred Ludwig. C’est à peu près équivalent au diamètre d’un cheveu humain.
« En miniaturisant les bibliothèques de matériaux, nous sommes désormais en mesure d’accueillir un système complet à cinq composants sur un seul support, ce qui constitue un immense progrès », déclare le Dr Lars Banko du département MDI.
Recherche avec des gouttes pendantes
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 via une nanogouttelette 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 ayant l’activité catalytique la plus élevée, où une analyse plus détaillée semble utile », déclare le professeur Wolfgang Schuhmann, chef du département de chimie analytique à l’Université de la Ruhr à Bochum.
À l’aide de ces méthodes, les chercheurs espèrent rechercher efficacement parmi la pléthore de matériaux possibles de nouveaux catalyseurs afin d’identifier des candidats particulièrement actifs en tant que catalyseurs. Des catalyseurs sont nécessaires, par exemple, pour les processus de conversion d’énergie qui pourraient nous permettre d’utiliser l’hydrogène vert à grande échelle comme vecteur énergétique respectueux de l’environnement.
Plus d’information:
Lars Banko et al, Bibliothèques combinatoires à l’échelle microscopique pour la découverte de matériaux à haute entropie, Matériaux avancés (2022). DOI : 10.1002/adma.202207635