这项发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上的研究重点关注分子转化为固体材料过程中出现的中间相。这些临时阶段往往被忽视，因为科学家通常将注意力集中在最终产物上。通过捕获并研究这些阶段，研究人员发现了一条可能获得通过传统合成方法难以或无法获得的材料的途径。
材料形成过程中的隐藏阶段
华威大学化学系Sebastian Pike博士表示：“当通过加热制造材料时，科学家通常关注最终产物，即由‘A’产生的‘B’。但这项研究表明，在‘A’和‘B’之间存在许多迷人的阶段，而这些隐藏的步骤可能同样重要。
“我们在开始时并不确切知道会发现什么，但我们确信在中间相中会存在一些有趣且未知的东西。我们很兴奋地发现，其中一些可能具有实际用途，甚至在最初的实验中就显现出来了。”
研究人员从专门设计的“单源前驱体”开始，这种分子包含了制造材料所需的所有元素。然后，他们监测了这些分子随着温度升高是如何变化的。
这种方法揭示了几个以前未知的材料相。其中之一是一种新的动力学稳定的钒酸铋（BiVO4）形式，研究人员将其命名为β-BiVO4。
一种新型钒酸铋
BiVO4因其在清洁能源研究中具有有用的“带隙”（即吸收阳光并驱动化学反应所需的能量）而备受关注。其特性使其能够有效吸收阳光，同时仍提供足够的能量来分解水并产生清洁的氢燃料。
新发现的β-BiVO4的原子排列与该材料的已知形式不同。它还具有明显更大的带隙，这改变了它与光相互作用的方式。
这些差异为研究人员提供了调整材料的新方法，使其可用于太阳能燃料生产、催化和电子产品。
下一代电池的潜力
新发现的中间相也可能具有太阳能以外的用途。实验中发现的另一种隐藏材料能够储存大量锂，这增加了它为下一代电池技术做出贡献的可能性。
伯明翰大学化学学院Dominik Kubicki博士表示：“令人兴奋的是，这些‘中间态’材料不仅仅是垫脚石——它们本身就可以具有有用的特性。通过理解和控制它们的形成方式，我们可以开始为电池、催化和太阳能设计更好的材料。”
为了观察这些通常隐藏的状态，研究人员结合了几种最先进的技术，包括固态核磁共振波谱法、X射线衍射和对分布函数分析。
他们的结果还表明，在过程开始时选择的前驱体以及该前驱体分解的方式，可以强烈影响形成哪些材料。通过控制这些因素，研究人员可能能够生产出使用标准加热方法难以获得的结构。
发现未知材料的新途径
研究结果表明，材料形成过程中的临时阶段可能代表了一个很大程度上尚未探索的有用化合物来源。科学家们可能不再仅仅将中间结构视为通往最终材料道路上的短暂步骤，而是能够有意地创造并稳定它们以供实际应用。
Pike博士总结道：“我们在这里只研究了少数几种前驱体，但这项工作指出了材料科学领域一个更广泛的机会。通过仔细控制温度、前驱体化学和反应路径，可能还有更多‘隐藏’但极其有用的材料有待发现。”