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Rutas racionales de síntesis en estado sólido para materiales inorgánicos

Muratahan Aykol¹, Joseph H Montoya¹, Jens Hummelshøj¹

¹Toyota Research Institute, Los Altos, California 94022, United States.

Journal of the American Chemical Society

|June 11, 2021

Resumen

Este estudio presenta un nuevo método para diseñar la síntesis de compuestos inorgánicos mediante la predicción del éxito de la reacción basada en las energías y propiedades del cristal. Permite una planificación eficiente para el descubrimiento de nuevos materiales.

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Área de la Ciencia:

Química del estado sólido
Ciencias de los materiales
Química computacional

Sus antecedentes:

El diseño racional de la síntesis inorgánica en estado sólido sigue siendo un desafío.
Predecir vías de síntesis exitosas requiere comprender las barreras de nucleación y la selectividad de fase.
Los métodos existentes a menudo carecen de poder predictivo para diversos objetivos inorgánicos.

Objetivo del estudio:

Formular un enfoque predictivo para la síntesis racional en estado sólido de compuestos inorgánicos.
Desarrollar un método para identificar reacciones de síntesis favorables utilizando datos computacionales.
Demostrar la aplicación de este enfoque en la planificación de reacciones para diversos materiales inorgánicos.

Principales métodos:

Formulación de la síntesis en estado sólido como nucleación catalítica en reactivos cristalinos.
Aproximación de las barreras de nucleación utilizando energías de reacción e interfaz derivadas de datos termoquímicos de alto rendimiento.
Utilizando las características estructurales e interfaciales del cristal para la aproximación de la energía.
El uso del análisis de Pareto para identificar reacciones favorables basadas en las barreras de nucleación y la selectividad de fase.

Principales resultados:

Aplicación demostrada con éxito en la planificación de la reacción para la síntesis de LiCoO2, BaTiO3 y YBa2Cu3O7.
Aplicación ampliada a otros óxidos metálicos, oxifluoruros, fosfatos y nitruros.
Proporcionó un marco para la retrosíntesis de compuestos inorgánicos.

Conclusiones:

El enfoque desarrollado permite un diseño racional y una planificación eficiente para la síntesis inorgánica en estado sólido.
Este método facilita el descubrimiento de nuevos materiales inorgánicos al predecir el éxito de la síntesis.
El enfoque ofrece vías para la retrosíntesis de compuestos inorgánicos complejos.