Da quando i ricercatori dell'Università di Manchester hanno usato un pezzo di nastro adesivo per isolare, o "esfoliare, "un singolo strato di carbonio, noto come grafene, gli scienziati hanno studiato la creazione e le applicazioni di materiali bidimensionali al fine di far progredire la tecnologia in nuovi modi. Gli scienziati hanno teorizzato molti diversi tipi di materiali bidimensionali, ma producendoli, isolando uno strato alla volta da una sorgente tridimensionale a strati, spesso presenta una sfida.

Salvador Barraza-Lopez, professore associato di fisica, e il suo gruppo di ricerca stanno studiando materiali 2-D chiamati monocalcogenuri del gruppo IV, che include seleniuro di stagno, solfuro di germanio, solfuro di stagno(II), tellururo di stagno e seleniuro di stagno, tra gli altri.

In forma 3D, questi materiali hanno molte proprietà utili. Per esempio, sono attualmente utilizzati nelle celle solari. Alcuni monocalcogenuri del gruppo IV sono anche ferroelettrici quando esfoliati fino al limite 2-D, il che significa che contengono coppie di cariche positive e negative che creano un momento di dipolo macroscopico.

Mentre alcuni di questi materiali bidimensionali sono stati coltivati, nessuno ha staccato con successo uno strato bidimensionale stabile da un monocalcogenuro di gruppo IV. In un recente manoscritto intitolato "Water Splits to Degrade Two-Dimensional Group-IV Monochalcogenides in Nanoseconds" e pubblicato sul Journal Scienze Centrali ACS , Barraza-Lopez ha spiegato una possibile ragione per questo.

Barraza-Lopez ha detto che, anche nelle condizioni sperimentali più rigorose, molecole d'acqua ambiente possono essere trovate vicino a questi materiali. E proprio come questi materiali, l'acqua porta anche un dipolo elettrico. Barraza Lopez ha spiegato che l'interazione dei dipoli può essere osservata in circostanze comuni:"La trazione di piccoli pezzi di carta con un pettine che è stata recentemente utilizzata sui capelli asciutti può essere spiegata come l'effetto di un campo elettrico disomogeneo nel pettine che accelera l'elettricità macroscopica dipoli in quel pezzo di carta vicino, " Egli ha detto.

Taneshwor Kaloni, un ex associato post-dottorato nel laboratorio di Barraza-Lopez, ha eseguito calcoli al computer che emulano i monostrati di questi materiali che interagiscono con le molecole d'acqua a temperatura ambiente e pressione ambiente. Il team ha dimostrato che quando le molecole d'acqua sono vicine a questi materiali, ne sono attratti. Questa attrazione crea un enorme accumulo di energia cinetica, che porta alla scissione delle molecole d'acqua, e destabilizza i materiali 2-D come risultato di questa reazione chimica. Barraza-Lopez ha spiegato di essere rimasto sorpreso nell'apprendere che questo processo ha creato energia sufficiente per dividere le molecole d'acqua, perché l'energia cinetica richiesta supera 70, 000 gradi Celsius.

In un modo, la difficoltà nell'esfoliare questi materiali può portare a una nuova tecnologia per la produzione di idrogeno da materiali bidimensionali, sebbene siano necessari molti studi aggiuntivi per raggiungere tale obiettivo.