Les détails de leurs recherches ont été publiés dans la revue Chemistry of Materials. le 17 avril 2024.

Dans leur quête pour former de nouveaux matériaux facilitant les technologies énergétiques respectueuses de l’environnement et efficaces, les scientifiques s’appuient régulièrement sur la méthode de réaction à haute température pour synthétiser des matériaux inorganiques. Lorsque les matières premières sont mélangées et chauffées à des températures très élevées, elles sont divisées en atomes puis réassemblées en de nouvelles substances. Mais cette approche présente certains inconvénients. Seuls les matériaux ayant la structure cristalline la plus stable énergétiquement peuvent être formés, et il n'est pas possible de synthétiser des matériaux qui se décomposeraient à haute température.

Au contraire, la méthode d’échange d’ions forme de nouveaux matériaux à des températures relativement basses. Les ions des matériaux existants sont échangés avec des ions de charge similaire provenant d'autres matériaux, formant ainsi de nouvelles substances inorganiques. La basse température de synthèse permet d'obtenir des composés qui ne seraient pas disponibles par la méthode de réaction habituelle à haute température.

Malgré son potentiel, cependant, l'absence d'une approche systématique pour prédire les combinaisons de matériaux appropriées pour l'échange d'ions a entravé son adoption généralisée, nécessitant des expériences laborieuses d'essais et d'erreurs.

"Dans notre étude, nous avons prédit la faisabilité de matériaux adaptés à l'échange d'ions à l'aide de simulations informatiques", explique Issei Suzuki, professeur adjoint principal à l'Institut de recherche multidisciplinaire sur les matériaux avancés de l'Université de Tohoku et co-auteur de l'article.

Les simulations impliquaient l'étude du potentiel de réactions d'échange d'ions entre des oxydes ternaires de type wurtzite et des halogénures/nitrates. Plus précisément, Suzuki et ses collègues ont effectué des simulations sur 42 combinaisons de β-M ^I GaO₂ , M ^Je =Na, Li, Cu, Ag comme précurseurs, et halogénures et nitrates comme sources d'ions.

Les résultats de la simulation ont été divisés en trois catégories :« un échange d'ions se produit », « aucun échange d'ions ne se produit » et « un échange d'ions partiel se produit (une solution solide se forme). Pour confirmer leurs résultats, les chercheurs ont vérifié la simulation par des expériences réelles, confirmant un accord entre simulation et expériences dans les 42 combinaisons.

Suzuki estime que leurs progrès accéléreront le développement de nouveaux matériaux adaptés aux technologies énergétiques améliorées. "Nos résultats ont montré qu'il est possible de prédire si l'échange d'ions est réalisable et de concevoir des réactions à l'avance sans essais et erreurs expérimentaux. À l'avenir, nous prévoyons d'utiliser cette méthode pour rechercher des matériaux dotés de propriétés nouvelles et attrayantes qui permettront de résoudre le problème. problèmes énergétiques."