Forbindelser kunne være grundlag for apparater, der omdanner spildvarme til elektricitet

Burlignende forbindelser kaldet clathrates kunne bruges til at høste spildvarme og omdanne den til elektricitet. UC Davis kemikere har lige opdaget en helt ny klasse af clathrates, potentielt åbne nye måder at fremstille og anvende disse materialer på.

Et clathrate er dybest set et bur af atomer med et andet atom fanget inde, sagde Kirill Kovnir, assisterende professor i kemi ved UC Davis, der ledede arbejdet, offentliggjort for nylig i tidsskriftet Angewandte Chemie . Fordi buret er relativt stort sammenlignet med atomet, det fangede atom kan rasle rundt indeni, og det betyder, at clathrates leder varme meget dårligt, han sagde.

Hvad de kan, selvom, omdanner varme til elektricitet .

"Vores energikilder spilder omkring 60 procent eller mere som varme, " sagde Kovnir. F.eks. en bilmotor genererer meget varme, næsten ingen af ​​dem er nyttigt fanget.

Termoelektriske enheder, der kan omdanne varme til elektricitet, er blevet brugt for eksempel til at drive Mars rovere, hvor en radioaktiv kilde afgiver varme, der omdannes til elektricitet for at drive roveren. Udbredt tilgængelig termoelektrik kunne bruges til applikationer fra at forsyne et ur med kropsvarme til at gøre køretøjer mere effektive.

Klatrater af metaller og andre atomer

Clathrates har eksisteret i lang tid - som en klasse af materialer, de blev opdaget i 1810 af kemikeren Humphrey Davy. Clathrate strukturer baseret på vand under tryk fælder reserver af metan i det dybe hav.

Kovnir, imidlertid, er mere interesseret i klatrater bygget af atomer som kobber, zink og fosfor og barium, der er stabile ved stuetemperatur.

Til dato, alle beskrevne clathrater har været baseret på en tetraedrisk struktur:hvert atom i buret er bundet til fire andre atomer. Mere end 200 år efter at de blev opdaget, Kovnirs team har produceret og beskrevet stabile klatrater med atomer med fem, seks eller flere obligationer.

"Det blev antaget, at denne ramme skulle være tetraedrisk koordineret, " sagde Kovnir. "Dette er det første tilfælde, hvor de ikke behøver at være det, og det tyder på, at mange flere er mulige."

Kemikerne forsøgte faktisk at undersøge stabiliteten af ​​clathratstrukturen, da de opdagede de nye forbindelser. For at lave fire bindinger, hvert atom har brug for fire tilgængelige elektroner. Ved at tilføje atomer med flere elektroner (såsom zink) forventede Kovnir at kunne bryde klatratstrukturen. I stedet, de fandt ud af, at de kunne producere helt nye, stabile strukturer, herunder en med et bur af zink, kobber- og fosforatomer, der fanger et bariumatom. Den nye struktur blev vist på forsiden af ​​tidsskriftet Angewandte Chemie, med et ledsagende forskningshøjdepunkt.

Næste trin er at optimere de termoelektriske egenskaber af de nye materialer og se, om de kan justere dem for den bedste ydeevne, Sagde Kovnir.