Учёные обнаружили ранее неизвестные материалы, отслеживая превращения молекулярных предшественников при нагревании. Среди результатов исследования оказалась новая форма ванадата висмута — материала, который рассматривают для задач чистой энергетики. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Исследователи изучали промежуточные фазы, возникающие в процессе перехода молекул в твёрдые вещества. Обычно основное внимание уделяют конечному продукту, поэтому временные состояния остаются без подробного анализа. Однако именно они могут открывать путь к соединениям, которые сложно или невозможно получить стандартными методами синтеза.
Для экспериментов использовали специально созданные молекулярные предшественники, содержащие все элементы будущего материала. Учёные постепенно повышали температуру и фиксировали изменения состава и структуры. С помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии, рентгеновской дифракции и анализа функции парного распределения удалось выявить несколько неизвестных фаз.
Одной из них стала кинетически стабилизированная разновидность ванадата висмута BiVO4, получившая название β-BiVO4. Этот материал интересен для исследований чистой энергетики благодаря ширине запрещённой зоны — энергии, необходимой для поглощения солнечного света и запуска химических реакций. Известные свойства BiVO4 позволяют ему эффективно поглощать солнечное излучение и обеспечивать энергию для расщепления воды с получением водородного топлива.
Атомная структура β-BiVO4 отличается от строения ранее известных форм, а его запрещённая зона заметно шире. Это может помочь создавать материалы с заданными свойствами для производства солнечного топлива, катализа и электроники. Другая промежуточная фаза, обнаруженная в ходе работы, способна накапливать значительные объёмы лития, что указывает на возможное применение в аккумуляторах следующего поколения.
«Что особенно важно, эти «промежуточные» материалы не просто переходные этапы — они сами могут обладать полезными свойствами. Понимая и контролируя процесс их формирования, мы можем начать разрабатывать более совершенные материалы для аккумуляторов, катализа и солнечной энергетики», — сказал доктор Доминик Кубицкий из Школы химии Бирмингемского университета. Доктор Себастьян Пайк из химического факультета Уорикского университета отметил, что контроль температуры, состава предшественников и путей реакций может привести к открытию множества других «скрытых», но практически ценных материалов, сообщила ScienceDaily.