O azul da Prússia sai do seu molde cúbico após 300 anos
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Pela primeira vez em mais de três séculos, o azul da Prússia - há muito confinado à sua forma cúbica rígida - foi transformado numa estrutura octaédrica. Uma equipa de investigação liderada pelo Prof. Changshin Jo (Departamento de Engenharia de Baterias e Departamento de Engenharia Química, POSTECH), pelo Prof. Sangmin Lee (Departamento de Engenharia Química, POSTECH) e pelo candidato a doutoramento Seunghye Jang (Departamento de Engenharia de Baterias, POSTECH) sintetizou com sucesso esta nova morfologia substituindo a água por um solvente especializado, o glicerol, durante o processo de crescimento do cristal. As suas descobertas foram publicadas online na Advanced Functional Materials, uma revista internacional de investigação em materiais e energia.
Ilustração esquemática do mecanismo de formação de partículas do azul da Prússia octaédrico à base de glicerol
POSTECH
Descoberto acidentalmente por volta de 1700, o azul da Prússia possui uma estrutura tridimensional oca que permite que os iões entrem e saiam com facilidade. Estas propriedades únicas permitiram a sua utilização em diversos campos, desde eléctrodos de baterias de iões de sódio até à remoção de césio radioativo, catálise e remediação ambiental.
No entanto, até agora, a sua morfologia era limitada. Quando sintetizada em água, a reação é demasiado rápida, dificultando o controlo do crescimento das partículas e produzindo apenas partículas cúbicas. Este constrangimento tem impedido os cientistas de explorarem as propriedades dependentes da forma ou de desbloquearem novas aplicações.
Os investigadores da POSTECH encontraram a solução no solvente. Ao utilizarem glicerol viscoso em vez de água, conseguiram abrandar o crescimento dos cristais. Neste meio de glicerol, pequenas partículas cúbicas nuclearam-se inicialmente, depois dissolveram-se e recristalizaram-se repetidamente, auto-montando-se em estruturas octaédricas. De facto, estes pequenos cubos empilharam-se e transformaram-se em estruturas de oito faces semelhantes a pedras preciosas.
Quando testado como material de elétrodo em condensadores híbridos de iões de sódio, o azul da Prússia octaédrico demonstrou vantagens notáveis. A sua área de superfície mais elevada aumentou a reatividade eletroquímica, enquanto o teste de ciclo de carga-descarga a longo prazo confirmou um desempenho estável. A simples alteração da forma do cristal resultou em melhorias significativas do desempenho. A investigação envolveu também o Dr. Carsten Korte do Forschungszentrum Jülich (Alemanha), que contribuiu para a análise estrutural.
Este estudo é o primeiro a demonstrar que solventes específicos podem controlar tanto a taxa de crescimento como a orientação dos cristais de azul da Prússia. Para além do glicerol, a equipa prevê que outros solventes orgânicos possam permitir a conceção de morfologias cristalinas sem precedentes.
Jo declarou: "A importância desta investigação reside não só na criação bem sucedida de uma nova morfologia do azul da Prússia, mas também no estabelecimento dos princípios fundamentais que nos permitem observar e controlar o seu processo de crescimento. Com a capacidade de conceber diversas morfologias, prevemos uma expansão substancial das aplicações, que vão desde sistemas avançados de armazenamento de energia a tecnologias de purificação ambiental."
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