Composti simili a gabbie chiamati clatrati potrebbero essere usati per raccogliere il calore di scarto e trasformarlo in elettricità. I chimici della UC Davis hanno appena scoperto una nuova classe di clatrati, potenzialmente aprendo nuovi modi per realizzare e applicare questi materiali.

Un clatrato è fondamentalmente una gabbia di atomi con un altro atomo intrappolato all'interno, disse Kirill Kovnir, assistente professore di chimica alla UC Davis, che ha condotto i lavori, pubblicato di recente sulla rivista Angewandte Chemie . Poiché la gabbia è relativamente grande rispetto all'atomo, l'atomo intrappolato può sferragliare all'interno, e ciò significa che i clatrati conducono il calore molto male, Egli ha detto.

cosa possono fare, anche se, è convertire il calore in elettricità .

"Le nostre fonti di energia sprecano circa il 60 percento o più sotto forma di calore, " ha detto Kovnir. Ad esempio, il motore di un'auto genera molto calore, quasi nessuno dei quali è utilmente catturato.

Dispositivi termoelettrici in grado di convertire il calore in elettricità sono stati utilizzati ad esempio per alimentare i rover su Marte, dove una sorgente radioattiva emette calore che viene convertito in elettricità per alimentare il rover. I termoelettrici ampiamente disponibili potrebbero essere utilizzati per applicazioni dall'alimentazione di un orologio con il calore corporeo al rendere i veicoli più efficienti.

Clatrati di metalli e altri atomi

I clatrati esistono da molto tempo, come classe di materiali, furono scoperti nel 1810 dal chimico Humphrey Davy. Strutture clatrate basate sull'acqua sotto pressione intrappolano le riserve di metano nelle profondità oceaniche.

Kovnir, però, è più interessato ai clatrati costituiti da atomi come il rame, zinco e fosforo e bario stabili a temperatura ambiente.

Ad oggi, tutti i clatrati descritti sono basati su una struttura tetraedrica:ogni atomo nella gabbia è legato ad altri quattro atomi. Più di 200 anni dopo la loro scoperta, Il team di Kovnir ha prodotto e descritto clatrati stabili con atomi con cinque, sei o più obbligazioni.

"Si presumeva che quel quadro dovesse essere coordinato tetraedricamente, " ha detto Kovnir. "Questo è il primo caso in cui non devono essere, e suggerisce che molti di più sono possibili."

I chimici stavano effettivamente cercando di sondare la stabilità della struttura del clatrato quando hanno scoperto i nuovi composti. Per fare quattro legami, ogni atomo ha bisogno di quattro elettroni disponibili. Aggiungendo atomi con più elettroni (come lo zinco) Kovnir si aspettava di essere in grado di rompere la struttura del clatrato. Anziché, hanno scoperto di poter produrre del tutto nuovo, strutture stabili, compreso uno con una gabbia di zinco, atomi di rame e fosforo che intrappolano un atomo di bario. La nuova struttura è stata descritta sulla copertina della rivista Angewandte Chemie, con un punto culminante di ricerca di accompagnamento.

I prossimi passi sono ottimizzare le proprietà termoelettriche dei nuovi materiali e vedere se possono modificarli per ottenere le migliori prestazioni, ha detto Kovnir.