Nouvelle méthodologie informatique pour prédire la formation complexe de nanostructures intéressantes

Des chercheurs du groupe du professeur Carles Bo de l’Institut de recherche chimique de Catalogne (ICIQ-CERCA) ont décrit une méthodologie informatique qui simule des processus complexes impliquant différentes espèces chimiques et diverses conditions. Ces processus conduisent à la formation de nanostructures appelées polyoxométalates (POM), avec d’importantes applications en catalyse, stockage d’énergie, biologie et médecine.

L’œuvre apparaît dans Sciences chimiques.

« Notre groupe a récemment développé des méthodes uniques pour étudier la chimie des polyoxométalates en solution, leur spéciation et leurs mécanismes de formation. Cette recherche a le potentiel de découvrir les conditions expérimentales nécessaires à la fabrication de nouveaux matériaux », explique le professeur Bo.

POM polyvalents

Les POM sont une famille de nanostructures composées d’atomes de métaux de transition liés par des oxygènes, formant une large gamme de structures bien définies de différentes tailles et formes. Ces nanostructures sont formées par des processus d’auto-assemblage d’oxydes métalliques simples, en fonction de différents facteurs tels que le pH, la température, la pression, la concentration totale en métal, la force ionique et la présence d’agents réducteurs et de contre-ions. La somme de toutes ces conditions complique le contrôle de leur synthèse.

Les chercheurs peuvent désormais prédire l’effet de ces facteurs et les conditions propices à la production d’une espèce spécifique de POM, en utilisant des méthodes statistiques qui facilitent le traitement efficace et évolutif de nombreux modèles de spéciation et de leurs systèmes d’équations non linéaires correspondants. Cela est important, car la première application clé de ces nanostructures est liée à la catalyse, où les POM sont connus pour accélérer plusieurs réactions importantes. Par exemple, à l’aide de ces simulations, il est possible de décrire les conditions propices à la production d’une espèce de POM responsable de la catalyse de la fixation du CO2.

Simulateur POMS

Le groupe du professeur Bo a présenté un logiciel open source appelé POMSimulator qui permet de clarifier les mécanismes de formation des POM. En publiant une version publique du code, les chercheurs souhaitent fournir un outil pour compléter la découverte de nouveaux POM. De plus, le fait de disposer d’une version accessible du code signifie que d’autres chercheurs peuvent modifier le code source en fonction de leurs besoins.

La méthodologie présentée maintenant est une version plus robuste de ce POMSimulator qui fournit des informations nouvelles et précieuses sur la distribution des espèces dans différentes conditions chimiques, enrichissant ainsi la connaissance de la spéciation des systèmes complexes.

« À l’ère du Big Data, de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle, il est crucial d’utiliser chaque élément d’information dont nous disposons. Notre travail a porté POMSimulator à un niveau supérieur d’utilisation des données », a déclaré Jordi Buils, premier auteur de ce travail et doctorant dans le groupe du professeur Bo.