Enkeltatom-tynd platin er en fantastisk kemisk sensor

Forskere ved Chalmers Tekniske Universitet, Sverige, sammen med kolleger fra andre universiteter, har opdaget muligheden for at forberede et-atomet tyndt platin til brug som en kemisk sensor. Resultaterne blev for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Advanced Material Interfaces.

En skematisk af platinatomer aflejret på overfladen af ​​carbon "buffer-laget, "som er et grafenlignende 2D-isoleringsmateriale dyrket epitaksialt på siliciumcarbid, der muliggør todimensionel vækst af platin.

"I en nøddeskal, vi formåede at lave et metallag på kun et atom tykt - en slags nyt materiale. Vi fandt ud af, at dette atom-tynde metal er super følsomt over for dets kemiske miljø. Dens elektriske modstand ændres betydeligt, når den interagerer med gasser, " forklarer Kyung Ho Kim, postdoc ved Quantum Device Physics Laboratory ved Institut for Mikroteknologi og Nanovidenskab på Chalmers, og hovedforfatter til artiklen.

Essensen af ​​forskningen er udviklingen af ​​2-D materialer ud over grafen.

"Atomisk tynd platin kunne være nyttig til ultra-følsom og hurtig elektrisk påvisning af kemikalier. Vi har studeret tilfældet med platin meget detaljeret, men andre metaller som palladium giver lignende resultater, " siger Samuel Lara Avila, Lektor ved Quantum Device Physics Laboratory og en af ​​artiklens forfattere.

Forskerne brugte den følsomme kemisk-til-elektriske transduktionsevne af atomisk tynd platin til at detektere giftige gasser på dele-per-milliard niveau. De demonstrerede dette med påvisning af benzen, en forbindelse, der er kræftfremkaldende selv i meget små koncentrationer, og for hvilke der ikke findes et billigt detektionsapparat.

"Denne nye tilgang, ved at bruge atomart tynde metaller, er meget lovende for fremtidige applikationer til overvågning af luftkvalitet, siger Jens Eriksson, Leder af den anvendte sensorvidenskabsenhed ved Linköpings Universitet og medforfatter til papiret.

Forøgelse af følsomheden af ​​faststofgassensorer ved at inkorporere nanostrukturerede materialer som det aktive sensorelement kan kompliceres af effekter på grænsefladerne. Grænseflader til nanopartikler, korn, eller kontakter kan resultere i ikke-lineær strøm-spændingsrespons, høj elektrisk modstand, og i sidste ende, elektrisk støj, der begrænser sensorudlæsningen.

Dette arbejde rapporterer muligheden for at forberede elektrisk kontinuerlige platinlag på et atoms tykkelse, ved fysisk dampaflejring på kulstofnullaget (også kendt som bufferlaget) dyrket epitaksielt på siliciumcarbid. Med et 3-4 Å tyndt Pt-lag, metallets elektriske ledningsevne er stærkt moduleret, når det interagerer med kemiske analytter, på grund af afgifter, der overføres til/fra Pt. Den stærke interaktion med kemiske arter, sammen med materialets skalerbarhed, muliggør fremstilling af kemimodstandsenheder til elektrisk udlæsning af kemiske arter med sub part-per-billion (ppb) detektionsgrænser. 2-D-systemet dannet af atomisk tynde Pt på kulstofnullaget på SiC åbner en rute for elastisk og højfølsom kemisk påvisning og kan være vejen til at designe nye heterogene katalysatorer med overlegen aktivitet og selektivitet.