Los investigadores han identificado materiales previamente desconocidos, incluida una nueva forma de un material de energía limpia ampliamente estudiado, controlando y rastreando cuidadosamente cómo los precursores moleculares se descomponen durante el calentamiento.
Publicado en Comunicaciones de la naturaleza, El estudio descubre una serie de etapas intermedias ocultas que aparecen cuando las moléculas se calientan para convertirse en materiales. La captura de estos intermedios abre una nueva forma de descubrir y diseñar materiales a los que no se puede acceder mediante los métodos sintéticos típicos.
El Dr. Sebastian Pike, Departamento de Química de la Universidad de Warwick, dijo: “Cuando los materiales se fabrican calentando, los científicos normalmente se centran en el producto final, el ‘B’ que resulta de ‘A’. Pero este estudio muestra que hay muchas etapas fascinantes entre ‘A’ y ‘B’, y estos pasos ocultos podrían ser igualmente importantes.
«No sabíamos exactamente qué encontraríamos, pero estábamos seguros de que habría algo interesante y desconocido en las fases intermedias. Nos emocionó descubrir que algunos de estos podrían tener usos prácticos, incluso desde los primeros experimentos».
Comenzando con «precursores de fuente única» especialmente diseñados, moléculas que contienen todos los elementos necesarios para crear un material, el equipo siguió cómo se transformaban durante el calentamiento. Esto reveló varias fases de material nuevas, incluida una forma previamente desconocida y cinéticamente estabilizada de vanadato de bismuto (BiVO₄) llamada β-BiVO₄.
BiVO₄ es un valioso material de energía limpia porque tiene una “banda prohibida” (la energía que necesita para absorber la luz solar e impulsar reacciones químicas) que alcanza un punto óptimo: absorbe la luz solar de manera eficiente y al mismo tiempo proporciona suficiente energía para dividir el agua y producir combustible de hidrógeno limpio.
El β-BiVO₄ recién descubierto tiene una estructura atómica diferente a las formas conocidas anteriormente del material. La nueva variante tiene una banda prohibida significativamente mayor, lo que significa que interactúa con la luz de manera diferente. Esto podría ofrecer nuevas oportunidades para ajustar el rendimiento de los materiales utilizados en la generación de combustible solar, la catálisis y la electrónica.
Las posibles aplicaciones no se limitaron a los combustibles solares. Se descubrió que otro de estos materiales intermedios ocultos almacena grandes cantidades de litio, lo que sugiere que podría ser útil para tecnologías de baterías de próxima generación.
El Dr. Dominik Kubicki, Facultad de Química de la Universidad de Birmingham, dijo: «Lo interesante es que estos materiales ‘intermedios’ no son sólo trampolines: pueden tener propiedades útiles por derecho propio. Al comprender y controlar cómo se forman, podemos comenzar a diseñar mejores materiales para baterías, catálisis y energía solar».
Los investigadores pudieron observar estos estados intermedios normalmente ocultos combinando técnicas de última generación, incluida la espectroscopia de RMN de estado sólido, la difracción de rayos X y el análisis de la función de distribución de pares.
También descubrieron que la elección del precursor y cómo se descompone puede usarse como una poderosa herramienta para controlar la formación de material, lo que permite al equipo acceder a estructuras que son difíciles de producir utilizando métodos de calentamiento convencionales.
El Dr. Pike concluyó: «Aquí sólo estudiamos unos pocos precursores, pero este trabajo apunta a una oportunidad más amplia en la ciencia de los materiales. Al controlar cuidadosamente la temperatura, la química de los precursores y las vías de reacción, es posible que se encuentren muchos más materiales «ocultos» pero extremadamente útiles».
El artículo, “Intermedios amorfos y descubrimiento de un polimorfo cinético de BiVO4 a partir del calentamiento de precursores de fuente única de V+Bi+Zn”, ha sido publicado por Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-71702-7
Fuente: Universidad de Warwick
