Fremskyndelse af opdagelsen af nye materialer via ionbyttermetoden
Forskere fra Tohoku University har afsløret et nyt middel til at forudsige, hvordan man syntetiserer nye materialer via ionbytningen. Baseret på computersimuleringer reducerer metoden markant den tid og energi, der kræves til at udforske uorganiske materialer.
Detaljer om deres forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Chemistry of Materials den 17. april 2024.
I søgen efter at danne nye materialer, der letter miljøvenlige og effektive energiteknologier, stoler forskere regelmæssigt på højtemperaturreaktionsmetoden til at syntetisere uorganiske materialer. Når råstofferne blandes og opvarmes til meget høje temperaturer, spaltes de i atomer og samles derefter igen til nye stoffer. Men denne tilgang har nogle ulemper. Kun materialer med den mest energimæssigt stabile krystalstruktur kan dannes, og det er ikke muligt at syntetisere materialer, der ville nedbrydes ved høje temperaturer.
Tværtimod danner ionbyttermetoden nye materialer ved relativt lave temperaturer. Ioner fra eksisterende materialer udveksles med ioner med lignende ladning fra andre materialer, hvorved der dannes nye uorganiske stoffer. Den lave syntesetemperatur gør det muligt at opnå forbindelser, der ikke ville være tilgængelige ved den sædvanlige højtemperaturreaktionsmetode.
På trods af dets potentiale har manglen på en systematisk tilgang til at forudsige passende materialekombinationer til ionbytning imidlertid hindret dens udbredte anvendelse, hvilket har nødvendiggjort besværlige trial-and-error eksperimenter.
"I vores undersøgelse forudsagde vi gennemførligheden af materialer, der er egnede til ionbytning ved hjælp af computersimuleringer," siger Issei Suzuki, en senior adjunkt ved Tohoku University's Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, og medforfatter af papiret.
Simuleringerne involverede at undersøge potentialet for ionbytterreaktioner mellem ternære wurtzite-type oxider og halogenider/nitrater. Specifikt udførte Suzuki og hans kolleger simuleringer på 42 kombinationer af β-M I GaO2 , M I =Na, Li, Cu, Ag som forstadier og halogenider og nitrater som ionkilder.
Simuleringsresultaterne blev opdelt i tre kategorier:"ionbytning forekommer", "ingen ionbytning forekommer" og "delvis ionbytning forekommer (fast opløsning dannes). For at bekræfte deres resultater bekræftede forskerne simuleringen gennem faktiske eksperimenter, hvilket bekræftede en overensstemmelse mellem simulering og eksperimenter i alle 42 kombinationer.
Suzuki mener, at deres fremskridt vil fremskynde udviklingen af nye materialer, der er egnede til forbedrede energiteknologier. "Vores resultater har vist, at det er muligt at forudsige, om ionbytning er mulig, og at designe reaktioner på forhånd uden eksperimentel forsøg og fejl. I fremtiden planlægger vi at bruge denne metode til at søge efter materialer med nye og attraktive egenskaber, som vil tackle energiproblemer."
Flere oplysninger: Issei Suzuki et al., Designing af totaktiske ionbytningsreaktioner i faststofoxider gennem første-principberegninger, Materialerkemi (2024). DOI:10.1021/acs.chemmater.3c03016
Journaloplysninger: Materialernes kemi
Leveret af Tohoku University
Varme artikler
-
Sådan forsinkes tid for cellerFluorescensbilleder viste, at celler ikke synligt ændrede sig morfologisk. Nedsættelsen af deres dynamik skyldtes udelukkende tilstedeværelsen af tungt vand. Kredit:Leipzig Universitet Forsker -
En stabiliserende påvirkning muliggør udvikling af lithium-svovlbatterierHot-press proceduren, udviklet hos Drexel, smelter svovl ind i nanofibermåtterne i et let tryksat, 140-graders celsius miljø - eliminerer behovet for tidskrævende behandling, der bruger en blanding af -
Nyopdagede hybridmolekyler kunne tjene som en ny kategori af anti-cancermiddelEn skematisk fremstilling af virkningsmekanismen for de metalorganiske trefoil-knuder. Internaliseret via aktiv mekanisme, i det sure miljø af kræftceller, knuderne falder fra hinanden og udløser toks -
Ser lyset:Forskere tilbyder løsning på effektivitetsproblemet ved kunstig fotosynteseFotoelektrokemisk vandopdeling ved hjælp af flux-dyrket fotoanode til effektivt at omdanne solenergi og vand til brintbrændstof. Kredit:Katsuya Teshima Ph.D., direktør for Center for Energi og Miljøvi
- Gletsjere kan have hjulpet med at varme jorden
- Sådan lærer du Geometry Online
- Hvad hvis de virksomheder, der tjener på dine data, skulle betale dig?
- Bailout eller tilskud:Olie i pandemiens tidsalder
- NASA ser Tropical Depression Normas lille styrkeområde
- Fødevarehandel med Sydasien afsløret af Nærøstens madrester