Ученые нашли скрытые материалы, которые могут улучшить батареи и солнечное топливо

Исследователи обнаружили скрытый мир «промежуточных» материалов, которые ненадолго образуются при нагревании химических ингредиентов и обычно ускользают от традиционных методов анализа. Среди находок — ранее неизвестная форма ванадата бисмута (BiVO4), широко изучаемого для получения чистого водорода с помощью солнечного света. Новый вариант, названный β-BiVO4, имеет иную атомную структуру и по-другому взаимодействует со светом, что может открыть возможности для солнечного топлива, катализаторов и электроники.

Работа, опубликованная в Nature Communications, сосредоточена на промежуточных фазах, возникающих при превращении молекул-прекурсоров в твёрдые материалы. Учёные обычно изучают конечный продукт, но, отслеживая изменения специально разработанных «одноисточниковых» прекурсоров при нагревании и применяя твердотельный ЯМР, рентгеновскую дифракцию и анализ функции распределения пар, они выявили несколько ранее неизвестных фаз. β-BiVO4 оказалась кинетически стабилизированной формой с отличающимся расположением атомов и значительно большей шириной запрещённой зоны, что меняет её взаимодействие со светом. Другой скрытый материал продемонстрировал способность запасать большое количество лития. Выбор прекурсора и путь его разложения, по данным исследователей, сильно влияют на то, какие материалы образуются.

По мнению авторов, промежуточные структуры могут быть не просто ступенями к конечному продукту, а самостоятельным источником полезных соединений. Контролируя температуру, химию прекурсоров и реакции, можно целенаправленно создавать и стабилизировать структуры, которые трудно или невозможно получить стандартным нагревом. Это открывает путь к улучшению материалов для аккумуляторов, катализа и солнечной энергетики; хотя изучено лишь несколько прекурсоров, исследователи видят более широкую возможность для материаловедения и поиска многих «скрытых», но полезных материалов.