Исследователи из Уорикского университета обнаружили ранее неизвестные материалы, наблюдая за тем, как молекулярные предшественники распадаются и преобразуются при нагревании. Среди находок оказалась новая форма хорошо изученного материала для чистой энергетики. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Учёные сосредоточились на промежуточных фазах, которые возникают в процессе превращения молекул в твёрдые материалы. Эти временные состояния часто остаются без внимания, поскольку специалисты обычно изучают только конечный продукт. Зафиксировав и исследовав их, авторы нашли возможный путь к материалам, которые трудно или невозможно получить обычными методами синтеза.
Доктор Себастьян Пайк из химического факультета Уорикского университета отметил: «Когда материалы получают нагреванием, учёные обычно сосредотачиваются на конечном продукте, на «B», который получается из «A». Но это исследование показывает, что между «A» и «B» есть много увлекательных стадий, и эти скрытые шаги могут быть не менее важны». Он добавил, что команда не знала точно, что найдёт, но была уверена в интересных и неизвестных промежуточных фазах, и некоторые из них могут иметь практическое применение.
В ходе экспериментов был выявлен ряд ранее неизвестных материальных фаз. Одной из них стала новая кинетически стабилизированная форма ванадата висмута (BiVO4), которую исследователи назвали β-BiVO4. Этот материал привлекает внимание в области чистой энергетики благодаря подходящей ширине запрещённой зоны, позволяющей эффективно поглощать солнечный свет и обеспечивать достаточно энергии для расщепления воды и получения чистого водородного топлива. У новой формы атомная структура отличается от известных вариантов, а ширина запрещённой зоны значительно больше, что меняет её взаимодействие со светом.
Другая скрытая фаза, обнаруженная в экспериментах, способна накапливать большие объёмы лития, что открывает возможность её применения в аккумуляторах следующего поколения. Доктор Доминик Кубицки из школы химии Бирмингемского университета заявил: «Что впечатляет — эти «промежуточные» материалы не просто ступени, они могут обладать полезными свойствами сами по себе. Понимая и контролируя их формирование, мы можем начать проектировать более совершенные материалы для батарей, катализа и солнечной энергетики».
Для наблюдения за обычно скрытыми состояниями учёные объединили несколько передовых методов, включая твердотельную ЯМР-спектроскопию, рентгеновскую дифракцию и анализ функции парного распределения. Результаты показали, что выбранный предшественник и способ его разложения сильно влияют на то, какие материалы образуются. Контролируя эти факторы, можно получать структуры, труднодоступные при стандартном нагреве. Доктор Пайк заключил: «Мы изучили лишь несколько предшественников, но эта работа указывает на более широкие возможности в материаловедении. Тщательно управляя температурой, химией предшественника и реакционными путями, можно найти ещё много «скрытых», но чрезвычайно полезных материалов».