Pour faire cette découverte décrite dans un article publié dans la revue Nature Communications, les chercheurs ont combiné plusieurs techniques avancées, comme la résonance magnétique nucléaire à l’état solide, la diffraction des rayons X et l’analyse de la structure atomique. Cette approche multi-instrumentale a permis de caractériser des phases qui étaient jusqu’ici passées inaperçues.
Des matériaux cachés dans les étapes intermédiaires
Concrètement, les chercheurs se sont intéressés à des molécules appelées « précurseurs à source unique », qui contiennent déjà tous les éléments nécessaires pour former un matériau donné lorsqu’elles sont chauffées. D’habitude, ils se contentent d’observer le résultat final du processus de chauffage mais, cette fois-ci, ils ont suivi la transformation étape par étape, ce qui leur a permis d’identifier plusieurs phases intermédiaires stables, dont une nouvelle forme de Vanadate de bismuth, appelée β-BiVO₄.
Étudié pour sa capacité à absorber la lumière du soleil, ce matériau est déjà bien connu dans le domaine des énergies propres, notamment parce qu’il facilite la production d’hydrogène à partir de l’eau, mais jusqu’à présent, seulement trois formes principales avaient été identifiées.
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La découverte du β-BiVO₄ en ajoute donc une quatrième, dotée d’une structure atomique particulière et d’une manière d’interagir avec la lumière différente, ce qui pourrait permettre d’améliorer les matériaux destinés à la production de carburants solaires et d’accélérer la transition énergétique.
Explorer les réactions chimiques
Cette découverte va encore plus loin car un autre matériau repéré pendant ces étapes intermédiaires est, quant à lui, capable de stocker de grandes quantités de lithium, ce qui ouvre de nouvelles pistes pour améliorer les batteries, notamment celles utilisées dans les véhicules électriques, ou le stockage de l’électricité issue des énergies renouvelables.
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L’étude montre aussi que la façon de chauffer les précurseurs, la température choisie et le chemin suivi par la réaction chimique peuvent être utilisés comme des outils de pilotage pour faire apparaître d’autres matériaux « cachés » entre les réactifs de départ et les produits finaux. Autrement dit, il ne s’agit plus seulement de fabriquer un matériau final, mais aussi d’explorer méthodiquement l’espace chimique pour faire émerger de nouvelles structures.