Учёные обнаружили ранее неизвестные материалы, проследив за тем, как молекулярные предшественники распадаются и трансформируются под воздействием нагрева. В частности, удалось зафиксировать новую кинетически стабилизированную форму ваннадата висмия — β-BiVO4, отличающуюся структурой и notably большим диапазоном ширины запрещённой зоны. Эти результаты показывают, что промежуточные стадии, обычно остающиеся незамеченными, могут содержать ценную информацию о путях синтеза материалов, которые недоступны обычными методами. источники 0,6,9,10

Авторы работы объясняют методику исследования: они начали с специально созданных «одиночных исходников» — молекул, содержащих все элементы, необходимые для формирования материала. Затем внимательно отслеживали, как они изменяются с ростом температуры и какие промежуточные фазы возникают в ходе превращения в твёрдый материал. Такой подход позволил обнаружить несколько ранее неизвестных фаз и показать, что выбор предшественника и характер его распада существенно влияют на конечный продукт. источники 5,1,16

Новую форму BiVO4 называют β-BiVO4: она имеет иную атомную расстановку по сравнению с известными вариантами и значительно иным размером ширины запрещённой зоны, что влияет на взаимодействие с светом. BiVO4 привлекает внимание в чистой энергетике именно из‑за способности поглощать солнечный свет и достаточной энергии для разложения воды и получения водорода. Эти различия могут позволить настраивать материалы для задач солнечной энергетики, катализa и электроники. источники 6,9,8,10

Помимо фотохимических применений, промежуточные фазы, найденные в ходе экспериментов, могут быть полезны сами по себе, поскольку способны накапливать литий и влиять на свойства материалов для батарей будущего. По словам доктора Доминика Кубицки, такие «между‑» материалы не являются просто переходными ступенями: их понимание и контроль за формированием открывают возможность разработки более совершенных материалов для аккумуляторов, катализа и солнечной энергетики. источники 12,13,14

Чтобы увидеть эти скрытые состояния, исследователи применяли сочетание передовых методов, включая твердотельную ЯМР-спектроскопию, рентгенодифракцию и анализ функции пар распределения. Результаты также показывают, что выбор предшественника и способ его распада сильно влияют на формирующиеся материалы, и управляя этими параметрами, можно добиваться конструкций, недоступных обычной термической обработкой. источники 14,5,15,16