El azul de Prusia se sale de su molde cúbico después de 300 años
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Por primera vez en más de tres siglos, el azul de Prusia, confinado durante mucho tiempo a su rígida forma cúbica, se ha transformado en una estructura octaédrica. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Changshin Jo (Departamento de Ingeniería de Baterías y Departamento de Ingeniería Química, POSTECH), el profesor Sangmin Lee (Departamento de Ingeniería Química, POSTECH) y el doctorando Seunghye Jang (Departamento de Ingeniería de Baterías, POSTECH) ha sintetizado con éxito esta nueva morfología sustituyendo el agua por un disolvente especializado, el glicerol, durante el proceso de crecimiento del cristal. Sus hallazgos se han publicado en línea en Advanced Functional Materials, revista internacional de investigación sobre materiales y energía.
Ilustración esquemática del mecanismo de formación de partículas del azul de Prusia octaédrico a base de glicerol
POSTECH
Descubierto accidentalmente hacia 1700, el azul de Prusia posee una estructura tridimensional hueca que permite a los iones entrar y salir con facilidad. Estas propiedades únicas han permitido su uso en diversos campos, desde los electrodos de baterías de iones de sodio hasta la eliminación del cesio radiactivo, la catálisis y la remediación medioambiental.
Sin embargo, hasta ahora, su morfología había sido limitada. Cuando se sintetiza en agua, la reacción se produce con demasiada rapidez, lo que dificulta el control del crecimiento de las partículas y sólo produce partículas cúbicas. Esta limitación ha impedido a los científicos explorar propiedades dependientes de la forma o desbloquear nuevas aplicaciones.
Los investigadores de POSTECH encontraron la solución en el disolvente. Utilizando glicerol viscoso en lugar de agua, consiguieron ralentizar el crecimiento de los cristales. En este medio de glicerol se formaron inicialmente pequeñas partículas cúbicas que luego se disolvieron y recristalizaron repetidamente, autoensamblándose en estructuras octaédricas. En efecto, estos diminutos cubos se apilaban y transformaban en estructuras de ocho caras similares a gemas.
Cuando se probó como material de electrodo en condensadores híbridos de iones de sodio, el azul de Prusia octaédrico demostró notables ventajas. Su mayor superficie mejoró la reactividad electroquímica, mientras que las pruebas cíclicas de carga y descarga a largo plazo confirmaron un rendimiento estable. El simple cambio de la forma del cristal se tradujo en mejoras significativas del rendimiento. En la investigación también participó el Dr. Carsten Korte, del Forschungszentrum Jülich (Alemania), que contribuyó al análisis estructural.
Este estudio es el primero que demuestra que determinados disolventes pueden controlar tanto la velocidad de crecimiento como la orientación de los cristales de azul de Prusia. Además del glicerol, el equipo prevé que otros disolventes orgánicos permitan diseñar morfologías cristalinas sin precedentes.
El profesor Jo declaró: "La importancia de esta investigación radica no sólo en la creación con éxito de una nueva morfología del azul de Prusia, sino también en el establecimiento de los principios fundamentales que nos permiten observar y controlar su proceso de crecimiento. Con la capacidad de diseñar diversas morfologías, prevemos una ampliación sustancial de las aplicaciones, que van desde los sistemas avanzados de almacenamiento de energía hasta las tecnologías de purificación medioambiental."
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