Une méthode de flux à haute pression pour synthétiser des oxyhydrures de haute pureté

L’ajout d’un fondant lors de la synthèse des oxyhydrures est une stratégie prometteuse pour obtenir un produit pur et homogène, révèlent des scientifiques de Tokyo Tech.

Un flux de SrCl2 a favorisé la fusion d’une partie des réactifs et facilité leur diffusion des réactifs, ce qui s’est avéré être la clé pour produire des oxyhydrures de pérovskite SrVO2.4H0.6 ou Sr3V2O6.2H0.8 hautement purs dans des réactions à haute pression et à haute température. Ces composés ont un potentiel en tant que catalyseurs et en tant que matériaux d’électrode pour les batteries lithium-ion.

Les oxyhydrures de pérovskite contenant des anions oxyde (O2–) et hydrure (H–) sont des composés prometteurs avec des applications dans les systèmes catalytiques et les batteries. Malheureusement, la synthèse des oxyhydrures est généralement assez difficile, principalement en raison de la nature hautement réactive des anions H–.

On savait que les réactions à haute pression et à haute température sont efficaces pour synthétiser les oxyhydrures. Par exemple, la pérovskite Sr2VO4 – xHx peut être synthétisée directement à partir de précurseurs d’oxyde et d’hydrure dans des réactions à haute pression et à haute température.

Un avantage clé de ces réactions est que la teneur en H– dans le produit final peut être ajustée en ajustant la composition et le rapport des précurseurs. Cela signifie essentiellement que les propriétés électroniques et magnétiques du produit sont également personnalisables.

Contrairement à Sr2VO4–xHx, la synthèse de SrVO3–xHx s’est avérée beaucoup plus difficile, car les réactions nécessaires à haute pression et à haute température conduisent à la formation de plusieurs impuretés et produits inhomogènes, principalement en raison d’une diffusion insuffisante des composants solides.

Dans une étude récente publiée dans Journal de la société américaine de chimie, une équipe de recherche dirigée par le professeur associé Takafumi Yamamoto de l’Institut de recherche innovante de l’Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) a trouvé une solution à ce problème. Ils ont développé une nouvelle approche pour synthétiser SrVO2.4H0.6 et Sr3V2O6.2H0.8 hautement purs, deux nouveaux oxyhydrures de pérovskite. Cette étude a été menée dans le cadre d’un projet de recherche en collaboration avec les National Institutes for Quantum Science and Technology, Japon.

Les chercheurs ont commencé avec SrO, SrH2 et V2O3, et ont ajouté SrCl2 à ces réactifs. Ils ont observé les différences de composition d’échantillons préparés dans différentes conditions à l’aide d’une technique appelée diffraction des rayons X synchrotron in situ, mettant en lumière le rôle de SrCl2 dans la réaction. Il a agi comme un flux à une température élevée de 1200 ℃ et une pression élevée de 2 GPa, facilitant la fusion et la dissolution d’une partie des réactifs, favorisant ainsi la diffusion.

Par conséquent, les chercheurs ont réussi à supprimer le développement de produits inhomogènes qui apparaissent généralement en raison d’une diffusion insuffisante, obtenant des oxyhydrures de pérovskite SrVO2.4H0.6 ou Sr3V2O6.2H0.8 très purs.

De plus, l’équipe a analysé les propriétés électrochimiques des oxyhydrures de pérovskite préparés en tant que matériau d’électrode. « Avec un faible potentiel de travail, une excellente réversibilité et des caractéristiques à haut débit, SrVO3–xHx pourrait convenir comme électrode négative pour les batteries lithium-ion, une première pour les oxyhydrures », explique le Dr Yamamoto.

Dans l’ensemble, l’utilisation d’un flux pour stimuler les voies de réaction souhaitées dans les réactions à haute pression et à haute température pourrait être une stratégie puissante pour débloquer une pléthore de nouveaux composés au-delà des oxyhydrures de pérovskite. Le Dr Yamamoto déclare : « L’approche de synthèse proposée serait également efficace dans la synthèse de divers types de systèmes multi-composants.