Il sale comune (NaCl) funge da intermediario nella crescita della deposizione chimica da vapore del bisolfuro di molibdeno 2D, accelerando il processo di creazione. I teorici dei materiali della Rice University hanno scoperto che il sale e un precursore formano un eutettico, che ha una temperatura di fusione più bassa di entrambi. Credito:Jincheng Lei/Yakobson Research Group
Saltare in avanti in una linea è scortese, ma a volte è accettabile. Soprattutto per il sale.
Il laboratorio del teorico dei materiali della Rice University Boris Yakobson mostra perché nel seguito di uno studio del 2018 che ha dimostrato come il sale semplifichi la formazione del prezioso bisolfuro di molibdeno 2D (MoS2 ) con un'analisi di principio del processo che potrebbe affinarlo ulteriormente.
Lo studio teorico di Yakobson e dei colleghi Jincheng Lei, Yu Xie e Alex Kutana, tutti alunni del suo laboratorio, e il ricercatore Ksenia Bets mostra attraverso la simulazione delle energie a livello di atomi perché il sale, in particolare il sale iodato, abbassa la temperatura di reazione in un vapore chimico forno di deposizione (CVD) necessario per formare MoS2 .
Lo fa aiutando a saltare alcuni passaggi e superare le barriere energetiche elevate nella crescita CVD convenzionale per produrre molto più MoS6 , un precursore essenziale di 2D MoS2 .
Il loro studio nel Journal of the American Chemical Society incentrato su come il sale abbassa le barriere di attivazione per migliorare la solforazione degli ossialogenuri di molibdeno, la materia prima del gas nel MoS2 cristallizzazione.
MoS2 è un composto naturale noto in forma sfusa come molibdenite e in forma 2D è molto ambito per le sue proprietà semiconduttive, che promettono progressi nelle applicazioni elettroniche, optoelettroniche, spintroniche, catalitiche e mediche. Ma 2D MoS2 rimane difficile da produrre in quantità commerciali.
Il team Rice è entrato nella mischia per la prima volta quando i laboratori di Singapore, Cina, Giappone e Taiwan hanno utilizzato il sale per creare una "biblioteca" di materiali 2D che combinavano metalli di transizione e calcogeno. Perché funzionasse così bene era un mistero, spingendoli a fare appello all'esperienza del laboratorio Yakobson nella modellazione di materiali, anche solo teorici, da zero.
I loro modelli completi mostrano che mentre i laboratori internazionali hanno utilizzato sali di cloruro per creare la loro libreria di materiali, i sali di ioduro che si trovano comunemente sui tavoli da cucina sono migliori nell'accelerare la sintesi di MoS2 .
"La sintesi rapida e su larga scala è fondamentale per l'applicazione diffusa di MoS2 ", ha detto Lei. "Abbiamo studiato attentamente l'intero processo di crescita, sperando di ottimizzarlo il più possibile. Si è scoperto che semplicemente cambiando il cloruro in ioduro, si poteva sintetizzare MoS2 molto più velocemente mentre a temperature di crescita ancora più basse."
Questo accade quando il sale e il precursore formano un eutettico, una miscela di sostanze che fondono e solidificano ad un'unica temperatura inferiore ai punti di fusione dei costituenti.
"Dopo che la sintesi assistita da sale ha dimostrato di consentire la crescita di molti più composti TMD (transition metal dichalcogenide) di quanto fosse possibile in precedenza e le condizioni di crescita significativamente migliorate per quelli sintetizzati in precedenza, è diventato chiaro che c'è qualcosa di speciale in questo processo", Bets detto.
"Alcuni gruppi sperimentali hanno tentato di indagare ulteriormente, ma monitorare la composizione molecolare della fase gassosa in condizioni di crescita non è un compito semplice", ha affermato. "Anche allora, non puoi vedere l'intera immagine.
"Siamo stati molto scrupolosi, dando seguito al lavoro di Jincheng sul meccanismo del MoS convenzionale2 crescita. Abbiamo simulato tutte le parti del processo, dalla solforazione alla crescita dei cristalli 2D. Questo approccio globale ha dato i suoi frutti."
Nelle simulazioni, il team Rice ha osservato direttamente l'intero processo di solforazione poiché gli atomi di ossigeno e cloro sono stati gradualmente sostituiti dallo zolfo in MoO2 Cl2 , un precursore comune, in condizioni di CVD.
Il laboratorio ha affermato che l'effetto eutettico potrebbe essere un fenomeno comune nella sintesi CVD di monostrati dicalcogenuri 2D e quindi vale la pena continuare lo studio. + Esplora ulteriormente
