Une équipe de recherche de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) et de l'Université Carleton à Ottawa a fabriqué un roman, composé de cobalt très polyvalent. Les molécules du composé sont stables, extrêmement compacts et ont un faible poids moléculaire de sorte qu'ils peuvent être évaporés pour la production de films minces. Par conséquent, ils sont intéressants pour des applications telles que la production de piles ou d'accumulateurs. En raison de leur géométrie particulière, le composé a également une configuration de rotation très inhabituelle de ½. Un composé de cobalt comme celui-ci a été décrit pour la dernière fois en 1972. L'équipe a publié son rapport dans le journal Angewandte Chemie Édition Internationale à partir du 5 mai 2020.

La géométrie fait la différence

« Les quelques composés connus du cobalt(IV) présentent une instabilité thermique élevée et sont très sensibles à l'exposition à l'air et à l'humidité. Cela empêche leur mise en œuvre en tant que systèmes modèles pour de vastes études de réactivité ou en tant que précurseurs dans la synthèse de matériaux, " explique l'auteur principal David Zanders du groupe de recherche sur la chimie des matériaux inorganiques à Bochum, dirigé par le professeur Anjana Devi. Dans son doctorat binational en cours. projet, qui a été convenu par l'Université de la Ruhr et l'Université Carleton par une entente de Cotutelle, David Zanders et ses collègues canadiens, le professeur Seán Barry et Goran Bačić, ont découvert un composé de cobalt (IV) doté de ces propriétés et présentant également une stabilité exceptionnellement élevée.

Sur la base d'études théoriques, les chercheurs ont démontré qu'une intégration presque orthogonale de l'atome de cobalt central dans un environnement tétraédrique d'atomes connectés, appelés ligands, est la clé pour stabiliser le composé. Cet arrangement géométrique spécifique au sein des molécules du nouveau composé renforce également le spin électronique inhabituel de l'atome de cobalt central. « Dans ces circonstances extraordinaires, la rotation ne peut être que la moitié, " dit David Zanders. Un composé de cobalt avec cet état de spin et une géométrie similaire n'a pas été décrit depuis près de 50 ans.

Suite à une série d'expériences, l'équipe a également montré que le composé a une volatilité élevée et peut être évaporé à des températures allant jusqu'à 200 degrés Celsius sans pratiquement aucune décomposition, ce qui est inhabituel pour le cobalt(IV).

Candidat prometteur pour les couches ultra-fines

Les molécules individuelles du composé se fixent sur les surfaces de manière contrôlable après évaporation. "Ainsi, l'exigence la plus fondamentale d'un précurseur potentiel pour le dépôt de couche atomique a été remplie, " dit Seán Barry. " Cette technique a pris de plus en plus d'importance dans la fabrication de matériel et d'appareils industriels, et notre composé de cobalt (IV) est le premier du genre à être adapté à cet usage."

"Notre découverte est d'autant plus excitante que les oxydes et sulfures de cobalt à haute valence sont considérés comme ayant un grand potentiel pour les systèmes de batteries modernes ou la microélectronique, " ajoute Anjana Devi. Après de fréquentes charges et décharges, les électrodes des batteries rechargeables deviennent de plus en plus instables, c'est pourquoi les chercheurs recherchent des solutions plus stables et, par conséquent, des matériaux plus durables pour eux. À la fois, ils se concentrent également sur l'utilisation de nouvelles techniques de fabrication.

« Cette collaboration binationale, qui a été initié par David Zanders, a mis en commun la créativité et l'expertise complémentaire des ingénieurs chimistes de Bochum et d'Ottawa. Tout cela a produit des résultats inattendus et a certainement été la clé du succès, " conclut Anjana Devi.