Empa Young Scientist Fellowship

Quand le désordre contribue à résoudre nos problèmes énergétiques

27 mars 2023 | ANNINA SCHNEIDER
Amy Knorpp, chercheuse à l'Empa, veut apporter de la systématique dans le jeune domaine de re-cherche des oxydes à haute entropie. Ces derniers sont des cristaux dont la spécialité n'est pas l'ordre, mais le désordre. En utilisant ces cristaux, Amy Knorpp souhaite développer de nouveaux catalyseurs plus robustes et plus efficaces et apporter ainsi une contribution importante à l'abandon des énergies fossiles au profit de solutions neutres en CO2. Sa recherche est soutenue par une "Empa Young Scientist Fellowship".
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La lauréate du "Empa Young Scientist Fellowship" Amy Knorpp voit un grand potentiel dans les matériaux à haute entropie. Image : Empa
Les oxydes à haute entropie, ou cristaux désordonnés, sont un domaine de recherche très récent dans lequel il reste encore beaucoup à découvrir. La jeune chercheuse Amy Knorpp voit dans ces matériaux un énorme potentiel pour les systèmes catalytiques, en particulier pour la transformation du CO2 et de l'hydrogène en méthanol. Le méthanol est en effet une substance chimique de base importante qui peut être utilisée dans notre société sous de nombreuses formes, par exemple pour les carburants. Pour pouvoir produire du mé-thanol synthétique à grande échelle, il faut toutefois des catalyseurs plus robustes et plus efficaces que ceux qui existent actuellement. "Les cristaux désordonnés représentent un matériau potentiel pour ces catalyseurs très convoités. D'une part, leur extrême désordre peut apporter de nouvelles dimensions de stabilité dans les processus catalytiques, ce qui permet d'allonger la durée de vie du catalyseur. D'autre part, leur chimie peut être très bien adaptée pour créer à la fois des défauts et des synergies entre différents éléments", explique Amy Knorpp. Concrètement, dans les oxydes à haute entropie, certaines positions au sein des structures bien ordonnées d'un cristal sont remplacées par des éléments étrangers. Avec un mélange d'au moins cinq éléments différents, on peut s'attendre à des propriétés extraordinaires. Les scientifiques parlent alors volontiers de ce qu'ils appellent l'effet cocktail. Une caractéristique décisive d'un catalyseur réussi est qu'il favorise la production de méthanol par rapport aux autres hydrocarbures. La modification ciblée de certains endroits d'un cristal, comme dans le cas des oxydes à haute entropie, profite justement à cela en activant efficacement le CO2 et en dissociant le H2 dans une disposition favorable.
Faire la lumière sur l'obscurité
Mais de nombreuses questions restent encore sans réponse sur ce chemin. Amy Knorpp et le groupe de projet "Nanopowers and ceramics", sous la direction de Michael Stuer, étudient désormais systématiquement les différents changements qui conduisent à une nouvelle variété de cristaux désordonnés. Ils veulent notamment répondre à la question de l'efficacité de ces nouveaux matériaux en tant que catalyseurs et de leur durée de vie.  "Il devrait en résulter une sorte de carte pour la modification systématique des cristaux dans le but de créer le "désordre idéal" dans le cristal. Ce projet sert à la recherche fondamentale et permettra de faire la lumière sur le sujet", explique Amy Knorpp, "Empa Young Scientist Fellow".
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Michael Stuer et Amy Knorpp, "Empa Young Scientist Fellow", produisent des mélanges de cristaux avec un "Tubular Flow Reactor". Image : Empa
Promotion des talents à l'Empa
L'"Empa Young Scientist Fellowship" est un instrument d'encouragement pour les jeunes scientifiques exceptionnellement doués. Le fellow reçoit les moyens financiers nécessaires pour mener à bien un projet de recherche autonome pendant deux ans. Les Fellowships sont attribués par l'Empa dans le cadre d'une procédure de mise en concurrence afin de garantir que les candidatures présentant le meilleur potentiel soient sélectionnées.