2-sidet 2-D-materiale er det første hos Rice

Som en sandwich med hvede på bunden og rug på toppen, Rice University-forskere har lavet et velsmagende nyt twist på todimensionelle materialer.

Rice-laboratoriet for materialeforsker Jun Lou har lavet et halvledende overgangsmetal-dichalcogenid (TMD), der starter som et monolag af molybdændiselenid. De stripper derefter det øverste lag af gitteret og erstatter præcis halvdelen af ​​selenatomerne med svovl.

Det nye materiale, de kalder Janus svovlmolybdæn selen (SMoSe) har en krystallinsk konstruktion, sagde forskerne, kan være vært for et iboende elektrisk felt, og som også viser løfte om katalytisk produktion af brint.

Arbejdet er beskrevet i denne måned i tidsskriftet American Chemical Society ACS Nano .

Det tosidede materiale er teknisk todimensionelt, men ligesom molybdændiselenid består det af tre stablede lag af atomer arrangeret i et gitter. Fra toppen, de ligner sekskantede ringe a la grafen, men fra enhver anden vinkel, gitteret er mere som et junglegymnastik i nanoskala.

Tæt kontrol af forholdene i en typisk kemisk dampudfældningsovn - 800 grader Celsius (1, 872 grader Fahrenheit) ved atmosfærisk tryk - tillod svovlen at interagere med kun det øverste lag af selenatomer og efterlade bunden uberørt, sagde forskerne. Hvis temperaturen stiger over 850, alt selen udskiftes.

"Som interkalation af mange andre molekyler har vist sig at have evnen til at diffundere ind i de lagdelte materialer, diffusion af gasformige svovlmolekyler mellem lagene af disse Van der Waals-krystaller, samt mellemrummet mellem dem og substraterne, kræver tilstrækkelig drivkraft, " sagde Rice postdoc-forsker Jing Zhang, co-lead forfatter af papiret med kandidatstuderende Shuai Jia. "Og drivkraften i vores eksperimenter er styret af reaktionstemperaturen."

Nærmere undersøgelser viste, at tilstedeværelsen af ​​svovl gav materialet et større båndgab end molybdændiselenid, sagde forskerne.

"Denne type tosidet struktur er længe blevet forudsagt teoretisk, men meget sjældent realiseret i 2-D-forskningssamfundet, " sagde Lou. "Symmetribruddet i retningen ud af planet af 2-D TMD'er kan føre til mange applikationer, såsom en basalplan aktiv 2-D katalysator, robuste piezoelektricitetsaktiverede sensorer og aktuatorer ved 2-D grænsen."

Han sagde, at forberedelsen af ​​Janus-materialet skulle være universel til lagdelte materialer med lignende strukturer. "Det vil være ret interessant at se på egenskaberne af Janus-konfigurationen af ​​andre 2-D materialer, " sagde Lou.