Gli scienziati dei materiali della Rice University sostituiscono tutti gli atomi sopra uno strato a tre strati, cristallo bidimensionale per fare un dicalcogenuro di metallo di transizione con zolfo, molibdeno e selenio. Credito:Jing Zhang/Rice University
Come un panino con grano sotto e segale sopra, Gli scienziati della Rice University hanno inventato una nuova gustosa svolta sui materiali bidimensionali.
Il laboratorio di ricerca dei materiali della Rice Jun Lou ha realizzato un dicalcogenuro di metallo di transizione semiconduttore (TMD) che inizia come un monostrato di diseleniuro di molibdeno. Quindi spogliano lo strato superiore del reticolo e sostituiscono esattamente la metà degli atomi di selenio con zolfo.
Il nuovo materiale che chiamano Janus sulfur molibdeno selenio (SMoSe) ha una struttura cristallina che, secondo i ricercatori, può ospitare un campo elettrico intrinseco e che mostra anche una promessa per la produzione catalitica di idrogeno.
Il lavoro è dettagliato questo mese sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .
Il materiale bifronte è tecnicamente bidimensionale, ma come il diseleniuro di molibdeno è costituito da tre strati sovrapposti di atomi disposti in una griglia. Dall'alto, sembrano anelli esagonali alla grafene, ma da qualsiasi altra angolazione, la griglia è più simile a una palestra nella giungla su scala nanometrica.
Stretto controllo delle condizioni in un tipico forno a deposizione di vapore chimico:800 gradi Celsius (1, 872 gradi Fahrenheit) a pressione atmosferica, ha permesso allo zolfo di interagire solo con lo strato superiore di atomi di selenio e lasciare intatto il fondo, hanno detto i ricercatori. Se la temperatura supera gli 850, tutto il selenio viene sostituito.
Questa immagine mostra le viste dall'alto (a sinistra) e laterali di Janus sulfur molybdenum selenium creato alla Rice University. Un attento controllo del riscaldamento consente allo zolfo di sostituire solo il piano superiore degli atomi di selenio nel nuovo materiale bidimensionale. Credito:Jing Zhang/Rice University
"Come l'intercalazione di molte altre molecole ha dimostrato di avere la capacità di diffondersi nei materiali stratificati, diffusione di molecole di zolfo gassoso tra gli strati di questi cristalli di Van der Waals, così come lo spazio tra loro e i substrati, richiede una forza motrice sufficiente, ", ha affermato il ricercatore postdottorato di Rice Jing Zhang, co-autore principale del documento con lo studente laureato Shuai Jia. "E la forza trainante nei nostri esperimenti è controllata dalla temperatura di reazione".
Un attento esame ha mostrato che la presenza di zolfo ha conferito al materiale una banda proibita più ampia rispetto al diseleniuro di molibdeno, hanno detto i ricercatori.
"Questo tipo di struttura a due facce è stato a lungo previsto teoricamente ma realizzato molto raramente nella comunità di ricerca 2-D, " Ha detto Lou. "La rottura della simmetria nella direzione fuori dal piano dei TMD 2-D potrebbe portare a molte applicazioni, come un catalizzatore 2-D attivo sul piano basale, robusti sensori e attuatori abilitati per la piezoelettricità al limite 2-D."
Ha detto che la preparazione del materiale Janus dovrebbe essere universale per materiali stratificati con strutture simili. "Sarà piuttosto interessante esaminare le proprietà della configurazione Janus di altri materiali 2-D, " Ha detto Lu.
