Den rigtige formel til skalering af produktion af lovende materiale til dekontaminering af vand

Et internationalt team af forskere har fundet en måde at forfine og pålideligt producere et uforudsigeligt og svært at kontrollere materiale, der kan påvirke miljøbevarelse, energi og forbrugerelektronik.

Materialet, Molybdendisulfid (MoS ₂ ), rummer et enormt potentiale for mange applikationer inden for energilagring, vandbehandling, gas, kemisk og lysmåling. Men høje omkostninger og fabrikationsudfordringer har holdt en bredere brug tilbage.

"Der er mange forskellige måder at fremstille dette materiale på, men ingen har endnu været i stand til at gøre det i en kontrolleret og afstemmelig dimension i store mængder, til en lav pris, reproducerbar måde, "sagde Donglei (Emma) Fan, en lektor i Cockrell School of Engineering's Walker Department of Mechanical Engineering og Texas Materials Institute.

Som rapporteret i Avancerede materialer , Fan og forskergruppen har skabt en metode til at fremstille tynde nanoribbons af MoS ₂ i stor skala. Tidligere har forskere har kun været i stand til at fremstille materialet i små mængder, tilfældigt fastgjort til siliciumsubstrater. Dette begrænsede materialets brug, og når det blev fastgjort til underlaget blev det meget udfordrende at manipulere.

Forskergruppen oprettede en fritstående version af MoS ₂ i en pulverform, der kan spredes til løsninger til flere forskellige anvendelser, især vandbehandling. Yun Huang, kandidatstuderende og første forfatter til værket, sagde, at deres proces har reduceret omkostningerne ved at fremstille et gram af materialet med 3, 000 gange, sammenlignet med tidligere offentliggjort forskning fokuseret på at producere MoS ₂ nanoribbons.

Fjernelse af det farlige element kviksølv fra vand er en af ​​de mest effektive anvendelser af MoS ₂ , Sagde Fan. En undersøgelse fra 2016 ledet af U.S. Geological Survey fandt, at forurening af kviksølv er udbredt på forskellige niveauer i det vestlige USA, i luften, jord, bundfald, planter, fisk og dyreliv. Høje niveauer af kviksølv kan føre til hjerne- og nyreskader, især hos yngre mennesker. Bortset fra forurenet vand, mennesker er mest udsat for kviksølvproblemer ved at spise fisk, som kan hobe høje koncentrationer af elementet i deres kroppe, når de indtager andre organismer, der er blevet udsat.

Når det introduceres til vand i pulverform, teamets version af MoS ₂ kan spredes med evnen til at suge kviksølv op og fjerne det fra vand. Der er allerede flere metoder til at fjerne kviksølv fra vand, men med disse nye billige og store produktionskapaciteter, MoS ₂ giver en stærk alternativ løsning.

"Dette er et attraktivt materiale, fordi det har unikke egenskaber til forskellige applikationer med potentiale til at ændre menneskers liv. At kunne lave materialet med kontrollerede dimensioner og i en stor mængde, saml det og integrer det med præfabrikerede enheder bringer MoS ₂ et skridt tættere på praktiske anvendelser, ikke bare blive i laboratoriet, "Sagde fan.

MoS ₂ har også potentiale som en komponent i lysbaserede mikroprocessorer, som giver løfte om meget hurtigere computerhastigheder over nutidens enheder. Og det kan tjene som en billig katalysator til at generere brintbrændstof fra vand.

Oprettelse af MoS ₂ er en udfordring. Det kommer fra tilsætning af svovl til et morferet "præ-markør" materiale. Opdelingen af ​​denne proces i to trin - først at udføre sulfuriseringen ved en lavere temperatur og derefter øge varmen - repræsenterede en af ​​de vigtigste innovationer i at lave MoS ₂ mere kontrollerbar.

Tidligere forsøg med at lave MoS ₂ nanoribbons har kun været i stand til at skabe en mikroskopisk mængde af materialet. Imidlertid, forskerne er i stand til at få en "ske fuld" af MoS ₂ nanoribbons med en enkelt syntese, og forskerne siger, at der ikke er nogen barriere for at holde op med at opskalere proceduren for at skabe større mængder af materialet.

MoS ₂ er en del af en klasse af 2-D materialer, der har fået stor opmærksomhed fra forskere på det seneste. De er tynde, fleksible og dygtige halvledere, egenskaber, der gør dem værdifulde som en del af sensorer til alt lige fra hjerteskærme til forurenende emissionsdetektorer.