Ved limning af ædelmetaller til 2D-materialer, grænseflader betyder noget

Forskere ved Penn State og Purdue University har udviklet nye materialer til forbedret enkeltatom-katalyse og fremtidig elektronik.

Materialerne, baseret på todimensionelle overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), der inkluderer disulfider, diselenider og tellurider, har en række interessante egenskaber, som videnskabsmænd gerne vil udnytte, især til næste generations elektronik og katalyse.

Holdet deponerede ædelmetallerne guld og sølv på de todimensionelle TMD-substrater og undersøgte, hvordan metallerne dannedes og voksede på TMD-overfladerne. I alle tilfælde undtagen ét, metallerne dannede nuldimensionelle nanopartikler, som teori forudsagde. Men i tilfælde af sølv aflejret på ditellurider, sølvet dannede et enkelt atomlag, der dækkede hele substratet.

"Vi prøvede eksperimenterne igen og igen, men så ingen tegn på dannelse af sølvnanopartikler på overgangsmetallet ditellurider, alligevel vidste vi, at sølvet var der, " sagde Yifan Sun, tidligere Penn State doktorand og hovedforfatter på et papir offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Naturkemi .

Holdet fandt ud af, at grænsefladerne mellem TMD'erne og ædelmetallerne var vigtige for at bestemme metallernes vækst og endelige struktur.

"Det var virkelig interessant for os og giver ny indsigt i, hvordan man undersøger grænsefladerne mellem 2-D og 3-D nanostrukturer, " tilføjede Sun.

Holdet mener, at denne viden vil være nyttig inden for et vigtigt kemiområde kaldet single-atom catalyse. Problemet, som enkeltatoms katalyse i øjeblikket står over for, er, at når tætheden af ​​de katalytiske atomer øges, har de en tendens til at danne aggregater, der klynger sig til nanopartikler, hvilket sænker den katalytiske aktivitet. Da mere end 85 procent af kemikalierne produceres ved katalyse, en enkelt-atom proces, der ikke aggregerede, kunne have store fordele.

"Processen giver os mulighed for i fremtiden at tænke på, hvordan du kunne designe enkeltatomskatalysatorer, der havde minimale mængder af disse dyre ædelmetaller og har forbedrede egenskaber på grund af det, " sagde Ray Schaak, Dupont professor i kemi, og tilsvarende forfatter på Nature Chemistry-papiret.

Et andet sted, hvor folk gerne vil bruge denne type materiale, er inden for elektronik. De har ofte brug for at komme i kontakt med en metaltråd, og denne form for vækst på TMD'er giver det forankringspunkt.

"2-D metaller er et voksende område, og det var meget svært at overbevise folk om, at vi havde et 2-D sølvlag, " sagde Mauricio Terrones, Verne M. Willaman professor i fysik, og fremtrædende professor i fysik, kemi og materialevidenskab og teknik, Penn State. "Det sker ikke med andre materialer."

I fremtiden, forskerne har til hensigt at prøve andre metaller, der har mere interessante katalytiske egenskaber end sølv.