19:17 2024-04-16 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ Noile cercetări ar putea permite o sinteză mai mare și mai eficientă a materialelor metastabile

_ Noi cercetări ar putea permite mai mult – și mai eficient – ​​sinteza materialelor metastabile

Schimbul de ioni este o tehnică puternică pentru transformarea unui material în altul atunci când sintetizează produse noi. În acest proces, oamenii de știință știu ce reactanți conduc la ce produse, dar modul în care funcționează procesul - calea exactă a modului în care un material poate fi convertit în altul - a rămas evazivă.

Într-o lucrare publicată în Nature Materials. , o echipă de cercetători ai Școlii de Inginerie Moleculară UChicago Pritzker aruncă o nouă lumină asupra acestui mister. În cercetarea materialelor cu catozi de litiu pentru stocarea bateriilor, o echipă de la Liu Lab a arătat că există o cale generală pentru schimbul de ioni de litiu și sodiu în materialele cu catozi de oxid stratificat.

„Am explorat sistematic procesul de schimb de ioni. în litiu și sodiu”, a spus primul autor Yu Han, Ph.D. candidat la PME. „Calea de schimb ionic pe care am dezvăluit-o este nouă.”

Ajutând la explicarea modului în care funcționează procesul de schimb ionic, această lucrare deschide porțile cercetătorilor care lucrează cu materiale metastabile, adică materiale care nu sunt în prezent în cea mai mare măsură. forme posibile stabile. De asemenea, poate duce la noi inovații în fabricarea eficientă din punct de vedere atomic, folosind mai puțini precursori de pornire și generând mai puține deșeuri atunci când sintetizează materiale.

„Va lărgi familia de materiale metastabile pe care oamenii le pot sintetiza”, a spus PME. Asist. Prof. Chong Liu.

Deși potențialele aplicații rezonează pe parcursul sintezei materialelor, lucrarea a început prin a analiza producția de litiu pentru catozii bateriilor. Pe măsură ce schimbările climatice îndepărtează lumea de combustibilii fosili, sunt necesare baterii mai multe și mai bune pentru a stoca energie regenerabilă.

„Vechea metodă de sinteză în stare solidă ar fi să alegi niște sare care conține elementele pe care le ești. caută să sintetizezi, apoi le combini cu raportul corect al fiecărui element”, a spus Liu. „Atunci îl ardeți.”

Arderea precursorilor de litiu la 800–900 de grade Celsius este totuși mai eficientă atunci când lucrați cu materiale stabile. În cazurile în care forma metastabilă avea proprietăți interesante care teoretic ar putea face catozi grozavi de baterie, temperaturile ridicate au împins materialele într-o stare nouă, care era mai stabilă, dar adesea lipsită de proprietățile interesante.

Schimbul de ioni, totuși , este o metodă de sinteză care se poate face la temperatura camerei sau la temperaturi relativ scăzute de 100 de grade Celsius.

„Schimbul de ioni la temperatura camerei ne permite să accesăm acei oxizi stratificati metastabili, care nu au putut fi sintetizați direct prin sinteza în stare solidă la temperatură ridicată, dar ar putea fi echipată cu proprietăți chimice și fizice unice", a spus Han.

În schimbul de ioni, sărurile nu sunt arse, ci dizolvate, lăsând ionii care au aceeași sarcină să înlocuiască nedoriți. ionii. Le permite cercetătorilor să varieze compoziția chimică, menținând în același timp un cadru solid - doar ionii sunt înlocuiți. Dar și asta avea dezavantajele sale. Procesul a fost, din punct de vedere istoric, consumator de resurse și se bazează pe încercări și erori.

Considerațiile din lucrarea echipei PME le vor permite cercetătorilor să prezică nu numai compozițiile și fazele finale, ci și stările intermediare de cartografiat. scoateți căile cinetice.

Cercetătorii PME și-au transformat deja în practică cunoștințele despre căile de schimb ionic, creând ceea ce Han a numit „o modalitate foarte eficientă” de a sintetiza litiu (Li) din sodiu (Na) și inapoi din nou. Lucrarea demonstrează pentru prima dată sinteza oxidului de cobalt de sodiu în fază pură din oxidul de cobalt de litiu părinte și, de asemenea, oxidul de cobalt de litiu din oxidul de cobalt de sodiu la 1-1000 Li-Na (raport molar) cu metoda de schimb de ioni asistată electrochimic prin atenuarea bariere cinetice.

Echipa speră că viitorii inovatori vor merge mai departe, creând procese mai eficiente și mai puțin risipitoare pentru sintetizarea materialelor de care umanitatea are nevoie pentru schimbările climatice sau alte nevoi globale presante.

„În producție acum, oamenii pun accent pe eficiența atomică, ceea ce înseamnă să folosiți cea mai mică cantitate de material pentru a ajunge la ceea ce doriți", a spus Liu.

(Fluierul)

Inapoi