Il blu di Prussia esce dal suo stampo cubico dopo 300 anni
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Per la prima volta in più di tre secoli, il blu di Prussia - a lungo confinato nella sua rigida forma cubica - è stato trasformato in una struttura ottaedrica. Un team di ricerca guidato dal Prof. Changshin Jo (Dipartimento di Ingegneria delle Batterie e Dipartimento di Ingegneria Chimica, POSTECH), dal Prof. Sangmin Lee (Dipartimento di Ingegneria Chimica, POSTECH) e dal dottorando Seunghye Jang (Dipartimento di Ingegneria delle Batterie, POSTECH) è riuscito a sintetizzare questa nuova morfologia sostituendo l'acqua con un solvente specializzato, il glicerolo, durante il processo di crescita del cristallo. I risultati sono stati pubblicati online su Advanced Functional Materials, una rivista internazionale di ricerca sui materiali e sull'energia.
Illustrazione schematica del meccanismo di formazione delle particelle del blu di Prussia ottaedrico a base di glicerolo
POSTECH
Scoperto casualmente intorno al 1700, il blu di Prussia possiede una struttura tridimensionale cava che permette agli ioni di muoversi facilmente all'interno e all'esterno. Queste proprietà uniche ne hanno permesso l'utilizzo in diversi campi, dagli elettrodi per batterie agli ioni di sodio alla rimozione del cesio radioattivo, alla catalisi e alla bonifica ambientale.
Tuttavia, finora la sua morfologia era limitata. Quando viene sintetizzato in acqua, la reazione procede troppo rapidamente, rendendo difficile il controllo della crescita delle particelle e producendo solo particelle cubiche. Questo vincolo ha impedito agli scienziati di esplorare le proprietà dipendenti dalla forma o di sbloccare nuove applicazioni.
I ricercatori POSTECH hanno trovato la soluzione nel solvente. Utilizzando glicerolo viscoso al posto dell'acqua, sono riusciti a rallentare la crescita dei cristalli. In questo mezzo glicerico, piccole particelle cubiche si sono inizialmente nucleate, poi si sono ripetutamente dissolte e ricristallizzate, auto-assemblandosi in strutture ottaedriche. In effetti, questi piccoli cubi si sono impilati e trasformati in strutture gemmologiche a otto facce.
Testato come materiale per elettrodi in condensatori ibridi sodio-ione, il blu di Prussia ottaedrico ha dimostrato notevoli vantaggi. La sua maggiore area superficiale ha migliorato la reattività elettrochimica, mentre i test di ciclo di carica-scarica a lungo termine hanno confermato prestazioni stabili. La semplice modifica della forma del cristallo ha portato a significativi miglioramenti delle prestazioni. La ricerca ha coinvolto anche il dottor Carsten Korte del Forschungszentrum Jülich (Germania), che ha contribuito all'analisi strutturale.
Questo studio è il primo a dimostrare che specifici solventi possono controllare sia la velocità di crescita che l'orientamento dei cristalli di blu di Prussia. Oltre al glicerolo, il team prevede che altri solventi organici possano consentire la progettazione di morfologie cristalline mai viste prima.
Il Prof. Jo ha dichiarato: "L'importanza di questa ricerca non sta solo nell'aver creato con successo una nuova morfologia di Blu di Prussia, ma anche nello stabilire i principi fondamentali che ci permettono di osservare e controllare il suo processo di crescita. Grazie alla capacità di progettare morfologie diverse, prevediamo una sostanziale espansione delle applicazioni, che vanno dai sistemi avanzati di accumulo di energia alle tecnologie di purificazione ambientale".
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