La nuova ricerca sull'ingegneria dei materiali condotta da Western potrebbe tradursi in significativi vantaggi nel mondo reale come una maggiore autonomia per i veicoli elettrici e una maggiore durata della batteria per i telefoni cellulari.

Ricercatori della Western Engineering, Il dipartimento di chimica della Western e il Centro per la ricerca sulle radiazioni di sincrotrone della Soochow University-Western University hanno collaborato con la Canadian Light Source (CLS) dell'Università del Saskatchewan su un paio di studi per determinare se potevano sfruttare la potenza del fosforene mitigando i suoi due principali deterrenti —costo e durata—e ce l'hanno fatta.

La capacità teorica del fosforene, un materiale bidimensionale, che consiste in un singolo strato di fosforo nero, è quasi sette volte quello dei materiali anodici attualmente utilizzati nelle batterie agli ioni di litio. Attualmente, il fosforo nero disponibile in commercio è costoso, a circa $ 1, 000 per grammo e si decompone rapidamente anche se esposto all'aria.

Nella prima carta, il team di ricerca ha applicato un nuovo processo per produrre un fosforo nero a basso costo da poco costoso (circa $ 0,10 / grammo), fosforo rosso a bassa purezza, riducendo il costo di quasi il 300%. Il fosforo nero risultante aveva quasi la stessa purezza e proprietà elettroniche di quello prodotto con metodi tradizionali e fosforo rosso di elevata purezza, che vale circa $ 40/grammo.

Ridurre drasticamente i costi di produzione del fosforo nero significa che i loro risultati sono scalabili, secondo il ricercatore capo Weihan Li di Western.

"Il prezzo basso consente di realizzare la futura applicazione su larga scala del fosforo nero e del fosforene nei settori dell'energia e dell'elettronica, come la nanofotonica, nanoelettronica, optoelettronica, batterie secondarie, ed elettrocatalizzatori, " disse Li, un borsista post-dottorato supervisionato congiuntamente dal professore di chimica T.K. finto, Canada Research Chair in Materials and Synchrotron Radiation e professore di ingegneria Xueliang (Andy) Sun, Cattedra di ricerca canadese nello sviluppo di nanomateriali per l'energia pulita.

Con il secondo studio, i ricercatori volevano capire meglio, su scala nanometrica e in tempo reale, dove inizia la degradazione (ossidazione) del fosforene, e come si diffonde. Mentre la ricerca precedente ha documentato che il degrado si verifica effettivamente, questo studio è stato il primo a visualizzare chiaramente il processo in dettaglio. Il team ha utilizzato una serie di diverse tecniche di sincrotrone presso il CLS per raccogliere queste immagini. I ricercatori hanno scoperto che il fosforene inizia a degradarsi prima nelle regioni più sottili, e che le regioni degradate accelerano la disgregazione delle regioni adiacenti.

Secondo Li, la loro scoperta apre la strada allo sviluppo di strategie per proteggere il fosforene quando viene utilizzato nell'elettronica e in altri dispositivi.

"Permette di preparare dispositivi elettronici a base di fosforene stabili all'aria e dispositivi legati all'energia, " disse Li.

Sun attribuisce al CLS il merito di aver svolto un ruolo fondamentale in entrambi gli studi.

"Rispetto ad altre risorse nel mondo, il supporto utente del CLS è fantastico, " ha detto Sun. "Senza l'aiuto del CLS, non avremmo potuto combinare diverse tecniche di sincrotrone nei due lavori. Inoltre, condurre gli studi in situ non sarebbe stato possibile senza l'aiuto degli scienziati della linea di luce".