I ricercatori della Penn State e della Purdue University hanno sviluppato nuovi materiali per una migliore catalisi a singolo atomo e l'elettronica futura.

I materiali, a base di dicalcogenuri di metalli di transizione bidimensionali (TMD) che includono disolfuri, diselenidi e tellururi, hanno una varietà di proprietà interessanti che gli scienziati vorrebbero sfruttare, soprattutto per l'elettronica e la catalisi di nuova generazione.

Il team ha depositato i metalli nobili oro e argento sui substrati TMD bidimensionali e ha studiato come i metalli si sono formati e sono cresciuti sulle superfici TMD. In ogni caso tranne uno, i metalli hanno formato nanoparticelle a dimensione zero, come previsto dalla teoria. Ma nel caso dell'argento depositato sui ditelluridi, l'argento formava un singolo strato di atomo rivestendo l'intero substrato.

"Abbiamo provato gli esperimenti ancora e ancora, ma non ha visto alcuna prova di formazione di nanoparticelle d'argento sui ditelluridi dei metalli di transizione, eppure sapevamo che l'argento era lì, " ha detto Yifan Sun, ex studente di dottorato della Penn State e autore principale di un articolo pubblicato questa settimana sulla rivista Chimica della natura .

Il team ha scoperto che le interfacce tra i TMD ei metalli nobili erano importanti nel determinare la crescita e la struttura finale dei metalli.

"È stato davvero interessante per noi e fornisce nuove informazioni su come sondare le interfacce tra le nanostrutture 2-D e 3-D, " ha aggiunto il sole.

Il team ritiene che questa conoscenza sarà utile in un importante campo della chimica chiamato catalisi a singolo atomo. Il problema che la catalisi a singolo atomo deve affrontare attualmente è che quando la densità degli atomi catalitici aumenta, tendono a formare aggregati che si raggruppano in nanoparticelle, che abbassa l'attività catalitica. Poiché oltre l'85% delle sostanze chimiche è prodotto mediante catalisi, un processo a singolo atomo che non si aggregava potrebbe avere enormi vantaggi.

"Il processo ci consente di pensare in futuro a come si potrebbero progettare catalizzatori a singolo atomo che abbiano quantità minime di questi costosi metalli nobili e che per questo abbiano proprietà migliorate, "ha detto Ray Schaak, Dupont Professore di Chimica, e autore corrispondente sul documento Nature Chemistry.

Un altro luogo in cui le persone vorrebbero utilizzare questo tipo di materiale è l'elettronica. Spesso hanno bisogno di entrare in contatto con un filo metallico e questo tipo di crescita sui TMD fornisce quel punto di ancoraggio.

"I metalli 2-D sono un'area emergente ed è stato molto difficile convincere le persone che avevamo uno strato d'argento 2-D, " disse Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Professore di Fisica, e illustre professore di fisica, chimica e scienza e ingegneria dei materiali, Penn State. "Non succede con altri materiali."

Nel futuro, i ricercatori intendono provare altri metalli che hanno proprietà catalitiche più interessanti dell'argento.