Ion billard cue ny materialesyntesemetode

Et team af forskere på Hokkaido University har udviklet en ny materialesyntesemetode kaldet proton-drevet ion-introduktion (PDII), der anvender et fænomen, der ligner "ion-billard". Den nye metode kunne bane vejen for at skabe talrige nye materialer, dermed drastisk fremgang i materialevidenskab.

Syntesemetoden er baseret på en væskefri proces, der muliggør interkalering-indsættelse af gæstioner i et værtsmateriale-og ionersubstitution med dem i værtsmaterialet ved at drive ioner med protoner. Dette studie, ledet af adjunkt Masaya Fujioka og professor Junji Nishii ved universitetets forskningsinstitut for elektrisk videnskab, blev offentliggjort i Journal of American Chemical Society den 16. november.

Konventionelt, interkalering og ionsubstitution er blevet udført i en ionopløsning, men processen betragtes som besværlig og problematisk. I en væskebaseret proces, opløsningsmiddelmolekyler kan indsættes i værtsmaterialerne sammen med gæstioner, forringe krystalkvaliteten. Det er også vanskeligt homogent at indføre ioner i værtsmaterialer, og nogle værtsmaterialer er ikke egnede, når de bruges med væsker.

I PDII -metoden, en højspænding på flere kilovolt påføres en nålformet anode placeret i atmosfærisk brint for at generere protoner via den elektrolytiske adskillelse af brint. Protonerne vandrer langs det elektriske felt og skydes ind i forsyningskilden for de ønskede ioner - svarende til bolde i billard - og ionerne drives ud af kilden for at holde den elektrisk neutral. Ioner, der tvinges ud af kilden, introduceres, eller interkaleret, ind i et hul på nanometer-niveau i værtsmaterialet.

I dette studie, ved at bruge forskellige materialer som ionforsyningskilder, det lykkedes teamet at homogen indføre litiumioner (Li ⁺ ), natriumioner (Na ⁺ ), kaliumioner (K ⁺ ), kobberioner (Cu ⁺ ) og sølvioner (Ag ⁺ ) i huller på nanometer-niveau i tantal (IV) sulfid (TaS2), et lagdelt materiale, samtidig med at den bevarer sin krystallinitet. Desuden, holdet erstattede med succes Na ⁺ af Na3V2 (PO4) 3 med K ⁺ , fremstilling af et termodynamisk metastabilt materiale, som ikke kan opnås ved anvendelse af den konventionelle faststof-reaktionsmetode.

"På nuværende tidspunkt, vi har vist, at hydrogenioner (H ⁺ ), Li ⁺ , Na ⁺ , K ⁺ , Cu ⁺ og Ag ⁺ kan bruges til at introducere ioner i vores metode, og vi forventer, at et større antal ioner vil kunne bruges. Ved at kombinere dem med forskellige værtsmaterialer, vores metode kunne muliggøre produktion af talrige nye materialer, "siger Masaya Fujioka." Især hvis der etableres en metode til indførelse af negativt ladede ioner og multivalente ioner, det vil anspore udviklingen af ​​nye funktionelle materialer inden for solide ionbatterier og elektronikområder. "