De nombreuses réactions électrochimiques passent par plusieurs étapes. Chacun doit être optimisé sur une surface catalytique si possible, mais des exigences différentes s'appliquent à chaque étape. « Comme les catalyseurs précédents n'avaient généralement qu'une seule fonctionnalité optimisée, on ne pouvait que faire le meilleur compromis possible, et les pertes d'énergie n'ont pu être évitées, " explique le professeur Wolfgang Schuhmann du Centre d'électrochimie de la RUB.

Avec des solutions solides complexes, plusieurs fonctionnalités peuvent être réalisées simultanément sur une même surface de catalyseur, surmonter cette limite. Cependant, cela ne se produit que lorsqu'au moins cinq éléments différents sont combinés. Il existe des millions de possibilités dans lesquelles les pourcentages des éléments respectifs peuvent être combinés. Le défi précédent de rechercher une stratégie pour trouver des propriétés optimales semble relever de cette classe de matériaux. Maintenant, la tâche consiste à découvrir quelle combinaison remplit l'objectif de la meilleure façon possible. "Incidemment, cela peut aussi être possible avec des éléments beaucoup plus favorables qu'avec les catalyseurs précédents, ", souligne Schuhmann.

Faire et vérifier des prédictions

Dans leur travail, les équipes de recherche présentent une approche qui guide parmi les innombrables possibilités. "Nous avons développé un modèle qui peut prédire l'activité de réduction de l'oxygène en fonction de la composition, permettant ainsi le calcul de la meilleure composition, " explique le professeur Jan Rossmeisl du Center for High Entropy Alloy Catalysis de l'Université de Copenhague.

L'équipe de Bochum a assuré la vérification du modèle. "Nous pouvons utiliser un système de pulvérisation combinatoire pour produire des bibliothèques de matériaux où chaque point à la surface du support a une composition différente et il existe des gradients différents mais bien définis dans chaque direction, " explique le professeur Alfred Ludwig de la chaire des nouveaux matériaux et interfaces de la RUB. À l'aide d'une cellule à gouttelettes à balayage, les propriétés catalytiques de 342 compositions sur une bibliothèque de matériaux sont ensuite automatiquement mesurées pour identifier les tendances d'activité.

"Nous avons constaté que le modèle d'origine ne rendait pas encore justice à la complexité et faisait encore des prédictions imprécises. Par conséquent, nous l'avons révisé et fait tester à nouveau expérimentalement, " dit le Dr Thomas Batchelor de l'équipe de Copenhague, qui était un scientifique invité à la RUB dans le cadre de la collaboration. Cette fois, la prédiction et la mesure expérimentale ont montré une excellente concordance, ce qui a été confirmé par d'autres bibliothèques de matériaux.

Cette stratégie permet aux mécanismes complexes au niveau des surfaces, qui se composent de cinq éléments chimiques, être identifié, laissant la plupart des efforts de dépistage à l'ordinateur. « Si le modèle s'avère universellement applicable à toutes les combinaisons d'éléments et aussi à d'autres réactions, l'un des plus grands défis actuellement de cette classe de catalyseur serait relevé de manière réaliste, ", a déclaré l'équipe.