北京
研究人员通过密切追踪分子前体在加热过程中分解和转化时发生的变化，发现了此前未知的材料。其中一项发现是一种已被广泛研究的清洁能源材料的新形态。
这项发表在《自然-通讯》上的研究，关注的是分子转化为固体材料时出现的中间相。这些暂时阶段常常被忽视，因为科学家通常关注最终产物。通过捕获并研究它们，研究人员找到了一条可能通向那些难以或无法通过常规合成获得的材料的途径。
材料形成过程中的隐藏阶段
华威大学化学系的塞巴斯蒂安·派克博士说：“当通过加热制备材料时，科学家通常关注最终产物，即由‘A’生成的‘B’。但这项研究表明，在‘A’和‘B’之间有许多迷人的阶段，而这些隐藏步骤可能同样重要。”
“我们开始时并不确切知道会发现什么，但我们确信中间相中会有一些有趣且未知的东西。令我们激动的是，甚至在最初的实验中就发现，其中一些可能有实际用途。”
研究人员从专门设计的“单源前体”入手，这些分子包含生成某种材料所需的全部元素。随后，他们监测了随着温度升高这些分子如何变化。
这种方法揭示了若干此前未知的材料相。其中之一是一种新的、动力学稳定的钒酸铋（BiVO4）形态，研究人员将其命名为β-BiVO4。
一种新的钒酸铋形态
由于具有有用的“带隙”（吸收阳光并驱动化学反应所需的能量），BiVO4在清洁能源研究中备受关注。它的性质使其能够有效吸收阳光，同时仍提供足够的能量来分解水并产生清洁的氢燃料。
新鉴定出的β-BiVO4具有与已知该材料形态不同的原子排列。它的带隙也显著更大，这改变了它与光相互作用的方式。
这些差异可能为研究人员提供新方法，以调控用于太阳能燃料生产、催化和电子学的材料。
下一代电池的潜力
新发现的中间相也可能在太阳能之外有用途。实验中鉴定出的另一种隐藏材料能够储存大量锂，这提高了它可能有助于下一代电池技术的可能性。
伯明翰大学化学学院的多米尼克·库比茨基博士说：“令人兴奋的是，这些‘中间’材料不仅仅是垫脚石——它们本身就可能具有有用的性质。通过理解并控制它们的形成方式，我们可以开始设计用于电池、催化和太阳能的更好材料。”
为了观察这些通常隐藏的状态，研究人员结合了多种最先进的技术，包括固态核磁共振波谱、X射线衍射和对分布函数分析。
他们的结果还表明，在过程开始时选择的前体，以及该前体分解的方式，会强烈影响形成哪些材料。通过控制这些因素，研究人员或许能够制备出用标准加热方法难以获得的结构。
通往未发现材料的新途径
这些发现表明，材料形成过程中的暂时阶段可能是一个很大程度上尚未探索的有用化合物来源。科学家或许不再只把中间结构视为通往最终材料的短暂步骤，而是能够有意地创建并稳定它们，以供实际应用。
派克博士总结道：“我们在这里只研究了几种前体，但这项工作指向了材料科学中更广泛的机会。通过仔细控制温度、前体化学和反应路径，可能还有更多‘隐藏’但极其有用的材料有待发现。”
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