Os pesquisadores descobriram materiais até então desconhecidos, causados por precursores moleculares quebrados e transformados durante o aquecimento. As descobertas levam a uma nova forma de material energético limpo bem estudado.
Pesquisa, publicada em comunicação da naturezaConcentra-se nas etapas intermediárias que aparecem quando as moléculas estão se convertendo em sólidos. Estas etapas temporárias são muitas vezes ignoradas, pois os cientistas geralmente se concentram no produto final. Ao capturá-los e estudá-los, os pesquisadores encontraram um caminho potencial para materiais que são difíceis ou impossíveis de obter através da síntese tradicional.
Etapas ocultas durante a criação de conteúdo
Dr. Sebastian Pike, do Departamento de Química da Universidade de Warwick, disse: “Quando os materiais são criados por aquecimento, os cientistas geralmente se concentram no produto final, ‘B’, que é formado a partir de ‘A’. Mas este estudo mostra que existem muitas etapas fascinantes entre ‘A’ e ‘B’, e essas etapas ocultas podem ser igualmente importantes.
“Não sabíamos exatamente o que iríamos encontrar, mas estávamos confiantes de que haveria algo interessante e desconhecido nas etapas intermediárias. Ficamos entusiasmados ao saber que alguns deles poderiam ter usos práticos, mesmo desde os primeiros experimentos.”
Os investigadores começaram com “precursores de fonte única” especialmente concebidos, moléculas que continham todos os elementos necessários para produzir o material. Eles então monitoraram como essas moléculas mudavam à medida que a temperatura aumentava.
Esta abordagem revelou muitas etapas físicas até então desconhecidas. Uma nova forma cineticamente estável de vanadato de bismuto (BiVO) foi4), que os pesquisadores chamaram de β-BiVO4.
Uma nova forma de vanadato de bismuto
BiVO4 Ele atraiu a atenção na pesquisa de energia limpa devido ao seu útil “band gap” (a energia necessária para absorver a luz solar e conduzir reações químicas). Suas propriedades permitem absorver efetivamente a luz solar, ao mesmo tempo que fornece energia suficiente para dividir a água e gerar combustível de hidrogênio limpo.
β-BiVO recentemente identificado4 Possui um arranjo atômico diferente das formas conhecidas de material. Ele também possui um band gap muito grande, o que altera a forma como interage com a luz.
Essas diferenças poderiam dar aos pesquisadores novas maneiras de adaptar materiais para uso na produção de combustível solar, catálise e eletrônica.
Possibilidade de baterias de próxima geração
As etapas intermediárias recém-descobertas podem ter usos além da energia solar. Outro material oculto identificado durante os experimentos era capaz de armazenar grandes quantidades de lítio, levantando a possibilidade de que pudesse contribuir para a próxima geração de tecnologias de baterias.
Dr. Dominic Kubicki, Escola de Química da Universidade de Birmingham, disse: “O interessante é que esses materiais ‘intermediários’ não são apenas trampolins – eles podem ter propriedades úteis por si só. Ao compreender e controlar como eles são formados, podemos começar a projetar melhores materiais para baterias, catálise e energia solar. “
Para observar esses estados normalmente ocultos, os pesquisadores combinaram várias técnicas de ponta, incluindo espectroscopia de RMN de estado sólido, difração de raios X e análise de função de distribuição de pares.
Seus resultados também mostraram que o precursor escolhido no início do processo, juntamente com a forma como o precursor se decompõe, pode influenciar fortemente o material que é formado. Ao controlar esses fatores, os pesquisadores poderão criar estruturas que são difíceis de alcançar usando métodos de aquecimento padrão.
Uma nova rota para materiais desconhecidos
As descobertas sugerem que etapas temporárias na fabricação de materiais podem representar uma fonte amplamente desconhecida de compostos úteis. Em vez de tratar as estruturas intermediárias apenas como breves passos no caminho para o material final, os cientistas poderão criá-las e estabilizá-las deliberadamente para aplicações práticas.
Pike concluiu: “Estudamos apenas alguns precursores aqui, mas este trabalho aponta para uma oportunidade mais ampla na ciência dos materiais. Ao controlar cuidadosamente a temperatura, a química dos precursores e as vias de reação, muitos mais materiais” ocultos “, mas extremamente úteis, podem ser encontrados. “
