Des scientifiques découvrent par hasard un composé cluster rare

Des scientifiques de l'Institut des sciences cellulaires et matérielles de l'université de Kyoto ont découvert un nouveau composé en grappe qui pourrait s'avérer utile comme catalyseur. Les composés, appelés polyoxométalates, contiennent un grand amas d'oxyde métallique porteur d'une charge négative. On les trouve partout, des médicaments antiviraux aux batteries rechargeables et aux dispositifs de mémoire flash.

Le nouveau composé à grappes est un hydroxy-iodure (HSbOI) et est inhabituel, car il possède de grandes grappes chargées positivement. Seule une poignée de ces composés en grappe chargés positivement ont été découverts et étudiés.

"En science, la découverte d'un nouveau matériau ou d'une nouvelle molécule peut créer une nouvelle science", explique Hiroshi Kageyama, chimiste à l'université de Kyoto. "Je pense que ces nouveaux clusters chargés positivement ont un grand potentiel".

Le premier cluster d'oxyde métallique a été découvert en 1826. Depuis, les chimistes ont synthétisé des centaines de composés avec des clusters chargés négativement, qui ont des propriétés utiles dans le magnétisme, la catalyse, la conduction ionique, les applications biologiques et l'information quantique. Leurs propriétés les rendent utiles dans divers domaines, de la catalyse à la médecine en passant par la synthèse chimique.

Ces dernières années, les scientifiques ont concentré leur attention sur la synthèse de composés avec des clusters chargés positivement et sur l'étude de leurs propriétés.

Kageyama et son collègue Ryu Abe ont trouvé leur cluster positif par hasard. Depuis 2016, les deux scientifiques - Kageyama, chimiste spécialiste de l'état solide, et Abe, chimiste spécialiste de la catalyse - sont en quête de nouveaux composés capables d'absorber la lumière visible pour la photocatalyse. Ils étudiaient un composé contenant du chlore (Sb4O5Cl2) et essayaient de remplacer l'atome de chlore par de l'iode.

"Cependant, un nouveau matériau complètement différent de ce que nous attendions a été obtenu accidentellement", explique Kageyama.

Les scientifiques s'attendaient à un matériau contenant 22 atomes dans la cellule unitaire. Au lieu de cela, ils ont obtenu un composé qui contient 800 atomes dans sa cellule unitaire.

Au début, les scientifiques n'ont pas pu démêler la structure du produit chimique. Une technique traditionnelle appelée diffraction des rayons X sur poudre a échoué face à la complexité du matériau. Au bout d'un an, Kageyama a pensé pouvoir utiliser la tomographie électronique tridimensionnelle, une technique de pointe de microscopie électronique qui a récemment attiré l'attention en tant qu'outil permettant d'imager la structure des protéines. Les scientifiques ont demandé à Artem Abakumov et Joke Hadermann de l'université d'Anvers, en Belgique, de travailler sur la structure. Et lorsque leurs collaborateurs ont renvoyé les données, les scientifiques ont été ravis de voir de grands amas.

D'autres travaux de laboratoire ont montré que la molécule d'hydroxyiodure contenait des protons acides, ce qui est important pour la catalyse.

"Cette découverte pourrait ouvrir de nouvelles possibilités dans la conception de catalyseurs à l'état solide", a déclaré M. Kageyama.