Sulla scia della sua recente scoperta di una forma piatta di gallio, un team internazionale guidato da scienziati della Rice University ha creato un altro materiale bidimensionale che secondo i ricercatori potrebbe essere un punto di svolta per la generazione di combustibile solare. Lo scienziato dei materiali di riso Pulickel Ajayan e colleghi hanno estratto l'ematene dello spessore di 3 atomi dal minerale di ferro comune. La ricerca è stata introdotta in un documento oggi in Nanotecnologia della natura .

L'ematene può essere un fotocatalizzatore efficiente, soprattutto per scindere l'acqua in idrogeno e ossigeno, e potrebbe anche servire come materiale magnetico ultrasottile per dispositivi basati sulla spintronica, hanno detto i ricercatori.

"Il magnetismo 2D sta diventando un campo molto eccitante con i recenti progressi nella sintesi di tali materiali, ma le tecniche di sintesi sono complesse e la stabilità dei materiali è limitata, " disse Ajayan. "Ecco, abbiamo un semplice, metodo scalabile, e la struttura dell'ematene dovrebbe essere stabile dal punto di vista ambientale."

Il laboratorio di Ajayan ha lavorato con ricercatori dell'Università di Houston e in India, Brasile, Germania e altrove per esfoliare il materiale dall'ematite naturale usando una combinazione di sonicazione, centrifugazione e filtrazione sotto vuoto.

L'ematite era già nota per avere proprietà fotocatalitiche, ma non bastano per essere utili, hanno detto i ricercatori.

"Perché un materiale sia un fotocatalizzatore efficiente, dovrebbe assorbire la parte visibile della luce solare, generare cariche elettriche e trasportarle sulla superficie del materiale per effettuare la reazione desiderata, " disse Oomman Varghese, un co-autore e professore associato di fisica presso l'Università di Houston.

"L'ematite assorbe la luce solare dall'ultravioletto alla regione giallo-arancione, ma le cariche prodotte sono di brevissima durata. Di conseguenza, si estinguono prima di raggiungere la superficie, " Egli ha detto.

La fotocatalisi dell'ematene è più efficiente perché i fotoni generano cariche negative e positive all'interno di pochi atomi della superficie, hanno detto i ricercatori. Accoppiando il nuovo materiale con array di nanotubi di biossido di titanio, che forniscono un percorso facile per gli elettroni per lasciare l'ematene, gli scienziati hanno scoperto che potrebbero consentire l'assorbimento di più luce visibile.

I ricercatori hanno anche scoperto che le proprietà magnetiche dell'ematene differiscono da quelle dell'ematite. Mentre l'ematite nativa è antiferromagnetica, i test hanno dimostrato che l'ematene è ferromagnetico, come un comune magnete. Nei ferromagneti, i momenti magnetici degli atomi puntano nella stessa direzione. Negli antiferromagneti, i momenti negli atomi adiacenti si alternano.

A differenza del carbonio e della sua forma 2D, grafene, l'ematite è un materiale non van der Waals, il che significa che è tenuto insieme da reti di legame 3D piuttosto che da interazioni atomiche di van der Waals non chimiche e relativamente più deboli.

"La maggior parte dei materiali 2D fino ad oggi sono stati derivati ​​da controparti sfuse che sono stratificate in natura e generalmente conosciute come solidi di van der Waals, " ha affermato il co-autore Professor Anantharaman Malie Madom Ramaswamy Iyer della Cochin University of Science and Technology, India. "I materiali 2D da precursori sfusi con reti di legame 3D (non van der Waals) sono rari, e in questo contesto l'ematene assume un grande significato."

Secondo il co-autore Chandra Sekhar Tiwary, un ex ricercatore post-dottorato alla Rice e ora assistente professore all'Indian Institute of Technology, Gandinagar, i collaboratori stanno esplorando altri materiali non van der Waals per il loro potenziale 2D.