Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Hokkaido desenvolveu um novo método de síntese de material denominado introdução de íons impulsionados por prótons (PDII), que utiliza um fenômeno semelhante ao "bilhar de íons". O novo método pode abrir caminho para a criação de vários novos materiais, assim avançando drasticamente as ciências dos materiais.

O método de síntese é baseado em um processo livre de líquido que permite a intercalação - inserção de íons hóspedes em um material hospedeiro - e substituição de íons com os do material hospedeiro, conduzindo íons com prótons. Este estudo, liderado pelo professor assistente Masaya Fujioka e pelo professor Junji Nishii no Instituto de Pesquisa de Ciências Elétricas da universidade, foi publicado no Journal of American Chemical Society em 16 de novembro.

Convencionalmente, intercalação e substituição iônica foram conduzidas em uma solução iônica, mas o processo é considerado complicado e problemático. Em um processo à base de líquido, moléculas de solvente podem ser inseridas nos materiais hospedeiros junto com íons hóspedes, degradando a qualidade do cristal. Também é difícil introduzir íons homogeneamente em materiais hospedeiros, e alguns materiais hospedeiros não são adequados quando usados ​​com líquidos.

No método PDII, uma alta voltagem de vários quilovolts é aplicada a um ânodo em forma de agulha colocado no hidrogênio atmosférico para gerar prótons por meio da dissociação eletrolítica do hidrogênio. Os prótons migram ao longo do campo elétrico e são disparados para a fonte de suprimento dos íons desejados - semelhante a bolas de bilhar - e os íons são expulsos da fonte para mantê-la eletricamente neutra. Os íons forçados para fora da fonte são introduzidos, ou intercalado, em uma lacuna de nível nanométrico no material hospedeiro.

Neste estudo, usando diferentes materiais como fontes de fornecimento de íons, a equipe teve sucesso na introdução homogênea de íons de lítio (Li ⁺ ), íons de sódio (Na ⁺ ), íons de potássio (K ⁺ ), íons de cobre (Cu ⁺ ) e íons de prata (Ag ⁺ ) em lacunas de nível nanométrico em sulfeto de tântalo (IV) (TaS2), um material em camadas, enquanto mantém sua cristalinidade. Além disso, a equipe substituiu Na com sucesso ⁺ de Na3V2 (PO4) 3 com K ⁺ , produzir um material termodinamicamente metaestável, que não pode ser obtido usando o método convencional de reação em estado sólido.

"Atualmente, mostramos que os íons de hidrogênio (H ⁺ ), Li ⁺ , N / D ⁺ , K ⁺ , Cu ⁺ e Ag ⁺ pode ser usado para introduzir íons em nosso método, e esperamos que uma variedade maior de íons seja utilizável. Ao combiná-los com vários materiais hospedeiros, nosso método pode permitir a produção de vários novos materiais, "diz Masaya Fujioka." Em particular, se um método para introduzir íons carregados negativamente e íons multivalentes for estabelecido, vai estimular o desenvolvimento de novos materiais funcionais nos campos de baterias de íon sólido e eletrônicos. "