Virginia Commonwealth University-forskare har uppnått en bedrift som är den första inom fysik och kemi - en som kan ha omfattande tillämpningar.

Ett team i labbet i Puru Jena, Ph.D., en framstående professor vid institutionen för fysik vid College of Humanities and Sciences, har skapat den mest stabila trianjonpartikel som för närvarande är känd för vetenskapen. En trianjonpartikel är en kombination av atomer som innehåller tre fler elektroner än protoner. Denna upptäckt är ny eftersom tidigare kända trianjonpartiklar var instabila på grund av deras numeriska obalans. Dessa instabila partiklar skingra ytterligare elektroner, avbryta kemiska reaktioner.

Jena samarbetade med Tianshan Zhao, en doktorand vid fysikavdelningen; Jian Zhou, Ph.D., en postdoktor; och Qian Wang, Ph.D., en fysikprofessor vid Pekings universitet, att använda kvantmekaniska beräkningar för att skapa datormodeller för att bevisa stabiliteten hos BeB11(CN)12-trianjonen. Denna trianjon är gjord av grundämnena bor och beryllium och den kemiska föreningen cyanogen.

Forskarnas arbete kommer att visas på omslaget till Angewandte Chemie , en världsberömd kemitidning, den 17 oktober. Lagets artikel utsågs till en VIP-tidning av publikationen, vilket innebär att det anses vara bland de fem bästa procenten av uppsatser för sitt bidrag till studiet av kemi.

"Detta är väldigt viktigt på det här området, ingen har någonsin hittat en sådan trianjon, " Sa Jena. "Det kan inte bara hålla tre elektroner utan den tredje elektronen är extremt stabil. De vägledande principerna som vi har använt i detta dokument kommer att hjälpa till med utformningen av andra trianjoner. Frågan är:Vad gör vi med denna kunskap?"

Verkliga applikationer

Trianjonen kan ha ett antal industriella tillämpningar. Än så länge, Jena och hans team har antagit att partikeln kan användas för att skapa ett aluminiumjonbatteri, som har tydliga fördelar jämfört med det allmänt använda uppladdningsbara litiumjonbatteriet. Aluminium är i större utbud än litium och är mindre reaktivt. Under den kemiska reaktion som skulle driva batteriet, tri-anjonen skulle göra batteriet ledande genom att flytta från en av dess elektroder till den andra.

Medan ett batteri är den enda demonstrerade användningen hittills, befintliga tillämpningar för andra partiklar med en extra elektron, kallas mono-anjoner, och ytterligare två elektroner, kallas dianjoner, visa potentialen i Jenas arbete.

"Sådana partiklar är mycket viktiga av många anledningar. Nummer ett, de gör salter. För det andra, de används i alla typer av kemiska föreningar, såsom de i golvrengöringsmedel som oxidationsmedel som dödar bakterier, " sa Jena. "De används också för att rena luft, som är en miljardindustri, och humörhöjare, liknande vad Prozac gör. De potentiella användningsområdena är oändliga."