華威大學（University of Warwick）與伯明罕大學（University of Birmingham）的研究團隊發現，開發下一代材料的關鍵或許隱藏在烹飪過程的隱秘步驟中。這項發表於《Nature Communications》的研究，透過追蹤加熱過程中分子前驅物的轉變，揭示了材料合成中的隱藏相態。傳統材料科學多聚焦最終產品，但這次研究轉向中間階段，開啟了材料科學的新視野。
這些短暫相態在最終產品形成前即消失，卻擁有標準方法無法實現的獨特結構與特性。 「材料加熱合成時，科學家通常只關注從『A』到『B』的最終結果。但這項研究顯示，『A』與『B』之間存在許多引人入勝的中間階段，這些隱藏步驟同樣重要，」華威大學化學系的 Sebastian Pike 博士表示。
捕捉隱藏中間體
傳統材料合成遵循從起點到終點的固定路徑，但研究團隊決定不再忽略這段旅程。這些中間材料通常在可利用前即消失，為捕捉它們，團隊動用固態核磁共振光譜（solid-state NMR spectroscopy）、X射線繞射（X-ray diffraction）及成對分佈函數分析（pair distribution function analysis）等先進技術，描繪原子層級的混亂轉變。
這猶如分子層面的高速定格遊戲。特別使用單一來源前驅物——一種全功能起始分子——逐步觀察材料轉變，結果不僅是過渡，更是寶藏。「我們並不清楚會發現什麼，但確信中間相態中藏有有趣內容。從最初實驗起，我們就興奮地發現其中某些具實際應用價值，」Pike 表示。 研究亮點是新發現的碲釩酸鉍（BiVO₄）變體，這是潔淨能源材料的獨特版本。標準形式已以將陽光轉化為氫燃料的「甜蜜點」聞名，新變體則擁有全新原子結構，有望進一步優化太陽能收集。
簡言之，它以前所未見的方式與光互動。 新發現的 β-BiVO₄ 因獨特原子結構產生更大帶隙，改變光吸收與反應方式，為太陽燃料生產、化學催化及高性能電子產品提供精細調校機制。影響遠超太陽能。實驗中，團隊還識別出另一「隱藏」材料，對鋰有極強親和力，此中間相態或許是開發充電更快、耐用更久的電池關鍵。「這些『中間』材料不僅是踏腳石，它們本身就擁有實用特性，」伯明罕大學化學學院的 Dominik Kubicki 博士指出。
透過調整化學加熱路徑，研究提供材料科學新地圖，發掘有用未知物質。研究於 4 月 30 日刊登於《Nature Communications》。
