Un gruppo di ricerca della Ruhr-Universität Bochum (RUB) e della Carleton University di Ottawa ha prodotto un romanzo, composto di cobalto altamente versatile. Le molecole del composto sono stabili, estremamente compatti ea basso peso molecolare tanto da poter essere evaporati per la produzione di film sottili. Di conseguenza, sono di interesse per applicazioni come la produzione di batterie o accumulatori. Per la loro particolare geometria, il composto ha anche una configurazione di spin molto insolita di ½. Un composto di cobalto come quello è stato descritto per l'ultima volta nel 1972. Il team ha pubblicato il proprio rapporto sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale dal 5 maggio 2020.

La geometria fa la differenza

"I pochi composti di cobalto (IV) noti mostrano un'elevata instabilità termica e sono molto sensibili all'esposizione all'aria e all'umidità. Ciò impedisce la loro implementazione come sistemi modello per ampi studi di reattività o come precursori nella sintesi dei materiali, " spiega l'autore principale David Zanders del gruppo di ricerca Inorganic Materials Chemistry di Bochum, diretto dalla professoressa Anjana Devi. Nel suo dottorato binazionale in corso. progetto, che è stato concordato dalla Ruhr University e dalla Carleton University da un accordo Cotutelle, David Zanders e i suoi colleghi canadesi, il professor Seán Barry e Goran Bačić, hanno scoperto un composto di cobalto (IV) con queste proprietà che mostra anche una stabilità insolitamente elevata.

Sulla base di studi teorici, i ricercatori hanno dimostrato che un inserimento quasi ortogonale dell'atomo centrale di cobalto in un ambiente disposto tetraedricamente di atomi collegati, i cosiddetti ligandi, è la chiave per stabilizzare il composto. Questa specifica disposizione geometrica all'interno delle molecole del nuovo composto rafforza anche l'insolito spin elettronico dell'atomo centrale di cobalto. "In queste circostanze straordinarie, la rotazione può essere solo la metà, " dice David Zanders. Un composto di cobalto con questo stato di rotazione e una geometria simile non è stato descritto per quasi 50 anni.

Dopo una serie di esperimenti, il team ha anche dimostrato che il composto ha un'elevata volatilità e può essere evaporato a temperature fino a 200 gradi Celsius praticamente senza decomposizione, che è insolito per il cobalto (IV).

Candidato promettente per strati ultrasottili

Le singole molecole del composto si agganciano alle superfici in modo controllabile dopo l'evaporazione. "Così, è stato soddisfatto il requisito fondamentale di un potenziale precursore per la deposizione di strati atomici, " afferma Seán Barry. "Questa tecnica ha acquisito sempre più importanza nella produzione di materiali e dispositivi industriali, e il nostro composto di cobalto (IV) è il primo del suo genere adatto a questo scopo."

"La nostra scoperta è ancora più entusiasmante in quanto si ritiene che gli ossidi e i solfuri di cobalto ad alta valenza abbiano un grande potenziale per i moderni sistemi di batterie o per la microelettronica, " aggiunge Anjana Devi. Dopo frequenti caricamenti e scaricamenti, gli elettrodi delle batterie ricaricabili diventano sempre più instabili, ecco perché i ricercatori stanno cercando più stabili e, di conseguenza, materiali più durevoli per loro. Allo stesso tempo, si concentrano anche sull'utilizzo di nuove tecniche di produzione.

"Questa collaborazione binazionale, iniziata da David Zanders, ha unito la creatività e le competenze complementari degli ingegneri chimici di Bochum e Ottawa. Tutto questo ha prodotto risultati inaspettati ed è stata sicuramente la chiave del successo, "conclude Anjana Devi.