I ricercatori della Tokyo Metropolitan University hanno escogitato un nuovo modo di arrotolare fogli di atomi atomicamente sottili in “nanoscroll”. Il loro approccio unico utilizza fogli di dicalcogenuro di metalli di transizione con una composizione diversa su entrambi i lati, realizzando un rotolo stretto che produce rotoli fino a cinque nanometri di diametro al centro e micrometri di lunghezza. Il controllo sulla nanostruttura in questi rotoli promette nuovi sviluppi nella catalisi e nei dispositivi fotovoltaici.
La nanotecnologia ci sta fornendo nuovi strumenti per controllare la struttura dei materiali su scala nanometrica, promettendo un intero set di nanostrumenti per consentire agli ingegneri di creare materiali e dispositivi di prossima generazione.
In prima linea in questo movimento, un team guidato dal professore associato Yasumitsu Miyata della Tokyo Metropolitan University ha studiato modi per controllare la struttura dei dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDC), una classe di composti con un'ampia gamma di proprietà interessanti, come la flessibilità , superconduttività e assorbanza ottica unica.
Nel loro ultimo lavoro, pubblicato su ACS Nano hanno messo gli occhi su nuovi modi di realizzare nanoscroll, nanofogli arrotolati in strutture strette simili a pergamene. Questo è un approccio interessante per realizzare strutture a pareti multiple:poiché la struttura di ciascun foglio è la stessa, gli orientamenti dei singoli strati sono allineati tra loro. Tuttavia, i due modi esistenti per realizzare nanoscroll presentano problemi significativi.
In uno, la rimozione degli atomi di zolfo dalla superficie del nanofoglio crea distorsioni che causano l'arrotolamento del foglio; ma così facendo distruggono la struttura cristallina della lastra. Nell'altro, viene introdotto un solvente tra il nanofoglio e il substrato, allentando il foglio dalla base e consentendo la formazione di nanoscroll privi di difetti. Tuttavia, le strutture tubolari realizzate in questo modo tendono ad avere diametri grandi.
Invece di approcci come questo, il team ha escogitato un nuovo modo per far arrotolare i fogli. Partendo da un nanofoglio di seleniuro di molibdeno monostrato, hanno trattato il nanofoglio con un plasma e hanno sostituito gli atomi di selenio su un lato con zolfo; tali strutture sono chiamate nanofogli di Janus, dal nome dell'antico dio bifronte. L'aggiunta delicata di un solvente stacca poi i fogli dalla base, che poi si arrotolano spontaneamente in volute a causa dell'asimmetria tra i lati.
Questi nuovi nanoscroll sono lunghi diversi micron, significativamente più lunghi dei nanofogli TMDC a parete singola realizzati in precedenza. Inoltre, si è scoperto che erano arrotolati più strettamente che mai, con un centro fino a cinque nanometri di diametro, soddisfacendo le aspettative teoriche. Si è scoperto inoltre che le pergamene interagiscono fortemente con la luce polarizzata e hanno proprietà di produzione di idrogeno.
Con un controllo senza precedenti sulla nanostruttura, il nuovo metodo del team costituisce la base per lo studio di nuove applicazioni dei nanoscroll TMDC alla catalisi e ai dispositivi fotovoltaici.
Ulteriori informazioni: Masahiko Kaneda et al, Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c05681
Fornito dalla Tokyo Metropolitan University
