Un equipo de investigadores de la Universidad de Hokkaido ha desarrollado un método de síntesis de material novedoso llamado introducción de iones impulsada por protones (PDII) que utiliza un fenómeno similar al "billar de iones". El nuevo método podría allanar el camino para la creación de numerosos materiales nuevos, así, las ciencias de los materiales avanzan drásticamente.

El método de síntesis se basa en un proceso libre de líquido que permite la intercalación (inserción de iones huéspedes en un material huésped) y la sustitución de iones con los del material huésped impulsando iones con protones. Este estudio, dirigido por el profesor asistente Masaya Fujioka y el profesor Junji Nishii en el Instituto de Investigación de Ciencias Eléctricas de la universidad, fue publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense el 16 de noviembre.

Convencionalmente la intercalación y la sustitución de iones se han realizado en una solución de iones, pero el proceso se considera engorroso y problemático. En un proceso a base de líquido, Las moléculas de disolvente se pueden insertar en los materiales huésped junto con los iones invitados, degradando la calidad del cristal. También es difícil introducir iones de manera homogénea en los materiales huésped, y algunos materiales hospedantes no son adecuados cuando se usan con líquidos.

En el método PDII, Se aplica un alto voltaje de varios kilovoltios a un ánodo en forma de aguja colocado en el hidrógeno atmosférico para generar protones mediante la disociación electrolítica del hidrógeno. Los protones migran a lo largo del campo eléctrico y se disparan a la fuente de suministro de los iones deseados, similar a las bolas de billar, y los iones se expulsan de la fuente para mantenerla eléctricamente neutra. Se introducen iones forzados a salir de la fuente, o intercalado, en un espacio de nivel nanométrico en el material huésped.

En este estudio, mediante el uso de diferentes materiales como fuentes de suministro de iones, el equipo logró introducir de manera homogénea iones de litio (Li ⁺ ), iones de sodio (Na ⁺ ), iones de potasio (K ⁺ ), iones de cobre (Cu ⁺ ) e iones de plata (Ag ⁺ ) en huecos de nivel nanométrico en sulfuro de tantalio (IV) (TaS2), un material en capas, manteniendo su cristalinidad. Es más, el equipo sustituyó con éxito a Na ⁺ de Na3V2 (PO4) 3 con K ⁺ , producir un material termodinámicamente metaestable, que no se puede obtener usando el método de reacción en estado sólido convencional.

"En el presente, hemos demostrado que los iones de hidrógeno (H ⁺ ), Li ⁺ , N / A ⁺ , K ⁺ , Cu ⁺ y Ag ⁺ se puede utilizar para introducir iones en nuestro método, y esperamos que se pueda utilizar una mayor variedad de iones. Combinándolos con varios materiales de acogida, nuestro método podría permitir la producción de numerosos materiales nuevos, "dice Masaya Fujioka." En particular, si se establece un método para introducir iones cargados negativamente e iones multivalentes, estimulará el desarrollo de nuevos materiales funcionales en los campos de las baterías de iones sólidos y la electrónica ".