Pesquisadores identificaram materiais que surgem durante o aquecimento de moléculas precursoras e costumam desaparecer antes da formação do produto final. Entre as descobertas está uma forma até então desconhecida de vanadato de bismuto, estudado para a produção de hidrogênio a partir da luz solar.
O estudo, publicado na revista Nature Communications, investigou as chamadas fases intermediárias: estruturas que aparecem enquanto os precursores moleculares se decompõem e se transformam em materiais sólidos. Em métodos convencionais, essas etapas geralmente não são analisadas porque o foco está no composto obtido ao fim do processo.
Para acompanhar as transformações, a equipe utilizou moléculas de fonte única, desenvolvidas com todos os elementos necessários para formar o material desejado. Os pesquisadores elevaram gradualmente a temperatura e combinaram ressonância magnética nuclear de estado sólido, difração de raios X e análise da função de distribuição de pares.
Nova estrutura interage de forma diferente com a luz
Uma das fases encontradas foi uma forma estabilizada cineticamente do vanadato de bismuto, identificada como β-BiVO4. O material é diferente das formas conhecidas por apresentar outra organização atômica e um intervalo de banda significativamente maior.
O intervalo de banda corresponde à energia necessária para que um material absorva luz e participe de reações químicas. O BiVO4 já é pesquisado porque consegue absorver a luz solar e, ao mesmo tempo, fornecer energia suficiente para separar moléculas de água e produzir hidrogênio.
Segundo os pesquisadores, as características da nova estrutura podem ampliar as possibilidades de ajuste de materiais destinados à produção de combustíveis solares, à catálise e à eletrônica. O estudo não demonstra, porém, a aplicação comercial do β-BiVO4.
Fases intermediárias também podem ajudar baterias
Outra estrutura identificada durante os experimentos foi capaz de armazenar grandes quantidades de lítio. O resultado aponta para uma possível contribuição em tecnologias de baterias de próxima geração, embora o material ainda precise ser estudado para que suas propriedades e usos sejam avaliados.
Os resultados indicam que o precursor escolhido e a maneira como ele se decompõe influenciam fortemente quais materiais serão formados. Com o controle da temperatura, da composição do precursor e do caminho da reação, os cientistas podem tentar produzir estruturas difíceis de obter por métodos tradicionais de aquecimento.
Para Sebastian Pike, do Departamento de Química da Universidade de Warwick, as etapas entre o precursor e o produto final podem ter propriedades próprias e não devem ser tratadas apenas como passagens temporárias. Dominik Kubicki, da Escola de Química da Universidade de Birmingham, afirmou que compreender e controlar a formação dessas estruturas pode ajudar no desenvolvimento de materiais para baterias, catálise e energia solar.
A equipe ressalta que analisou apenas alguns precursores. O trabalho sugere que outras fases intermediárias ainda não identificadas possam ser estabilizadas e investigadas para aplicações tecnológicas.
