Журнал наномедицинских и биотерапевтических открытий
Открытый доступ

Абстрактный

Новый метод интеркаляции и ионного обмена с использованием твердотельной электрохимической реакции

Масая Фудзиока

Благодаря развитию и совершенствованию аппаратуры и методов синтеза, материаловедение и проектирование значительно продвинулись вперед. Недавно мы разработали новый метод синтеза, доступный для интеркаляции и ионного обмена, использующий твердотельную электрохимическую реакцию под давлением водорода окружающей среды. Этот метод синтеза называется введением ионов, управляемым протонами (PDII). Протоны (H+), образующиеся при электролитической диссоциации водорода, перемещают другие одновалентные катионы вдоль сильного электрического поля в твердом состоянии. Это явление можно рассматривать как ???ионный бильярд???. Такой безжидкостный процесс введения ионов позволяет прикладывать к образцу высокое напряжение около нескольких киловольт. Это сильное электрическое поле сильно ускоряет ионный обмен. На самом деле, по сравнению с обычной твердотельной реакцией, PDII ввел в 15 раз больше ионов K в Na3???xKxV2(PO4)3, структурированный как Na3???xKxV2(PO4)3, как показано на рисунке 1. Порошкообразный Na3V2(PO4)3 в качестве основного материала был помещен в неглубокий цилиндр из оксида алюминия и помещен на ступень с углеродным катодом. Затем фосфатное стекло, содержащее калий, также было помещено на цилиндр из оксида алюминия в качестве источника ионов K. При подаче напряжения протоны замещали ионы K в стекле и перемещали эти ионы в Na3V2(PO4)3. Ионы K непрерывно мигрировали и образовывали Na3-xKxV2(PO4)3. Полученное соединение демонстрировало термодинамически метастабильную фазу, о которой до сих пор не сообщалось. На текущей стадии в качестве гостевых ионов могут использоваться H+, Li+, Na+, K+, Cu+ и Ag+. Кроме того, различные соединения с нанопространствами могут быть кандидатами на роль основных материалов в этом методе. На этой конференции будут представлены подробности PDII и полученных материалов. Недавние публикации 1. Fujoika M, et al. (2017) Proton-driven intercalation and ion substitution utilizing solid-state electrochemical response. Journal of the American Chemical Society 139:17987???17993. 2. Caglieris F, et al. (2017) Quantum frequencies in the SmFeAsO parent compound and superconducting SmFeAs(O,F). Physical Review B 96:104508 3. Fujioka M, et al. (2016) Discovery of the Pt-based superconductor LaPt5As. Journal of the American Chemical Society 138:9927???9934. 4. Fujioka M, et al. (2014) Высокотемпературная фаза монокристалла PrO0.5F0.5BiS2, индуцированная одноосным давлением. Applied Physics Letters 105:052601. 5. Fujioka M, et al. (2014) Влияние исключительно высокого легирования фтором на анизотропию монокристаллического SmFeAsO1-xFx. Applied Physics Letters 105:102602