Facetkontrollerbar syntese af todimensionelle sjældne jordarters oxider

Siden grafen blev tildelt Nobelprisen i 2010, er todimensionelle (2D) materialer fortsat med at tiltrække forskernes opmærksomhed inden for logik, lagring, optoelektronisk og fotonisk 2D-enhedsfremstilling på grund af den atomare tykkelse og fremragende ydeevne. Baseret på forskningen i grafen har forskere opdaget nogle andre 2D-materialer, såsom lagdelte overgangsmetal dichalcogenider (TMD'er), hexagonal bornitrid (h-BN) og ikke-lagdelte III-V gruppe halvledere.

For nylig er 2D sjældne jordarters oxider (REO'er) opstået som en unik og lovende ikke-lagsmaterialefamilie. Den ufyldte 4f orbitaler af sjældne jordarters elementer er afskærmet af den fuldt udfyldte ydre skal, således den uparrede 4f elektroner af sjældne jordarters ioner er typisk ikke involveret i kemiske reaktioner, hvilket fører til lovende egenskaber i luminescens, magnetiske, elektroniske og katalytiske aktiviteter. 2D REO'er kombinerer de unikke egenskaber af sjældne jordarters elementer og er blevet meget brugt inden for optik, magnetisme, højeffektive katalysatorer, transistorer, biomedicin og andre områder.

Desuden er det rapporteret, at krystalfacetten også har en vis indflydelse på egenskaberne af 2D-materialerne. Derfor er det meget vigtigt på en kontrollerbar måde at syntetisere 2D-materialer med specifikke facetter. Men på grund af dens ikke-lagdelte struktur er det udfordrende at kontrollere den 2D anisotrope vækst af materialet. Desuden, da 2D-materialer vil eksponere den mest stabile facet med den laveste energi, er det særligt vigtigt at kontrollere materialernes termodynamik.

Som svar på disse udfordringer for nylig i en nylig forskningsartikel offentliggjort i National Science Review , præsenterede videnskabsmænd ved Wuhan University, Kina et nyt paradigme og indså den facetkontrollerbare syntese af en række ikke-lagdelte 2D REO'er. Introduktion af en facetkontrollerende assistent (FCA) kan styre 2D-kernedannelsen af ​​de forudbestemte facetter og justere væksttilstanden og retningen af ​​krystaller.

Forfatterne udtalte:"Ifølge teorien om hård-blød-syre-base (HSAB) er RE-ioner hårde syrer og foretrækker at have affiniteter til basen. Vi brugte NH₄ X som FCA og halogenidioner, der hører til basen, fungerer som den aktive assistent. Introduktionen af ​​FCA styrer ikke kun 2D-kernedannelsen af ​​de forudbestemte facetter og fremmer den 2D anisotropiske vækst af REO'er, men fører også til ændringen i den relative overfladeenergi af hver facet med den stigende koncentration af FCA og bestemmer i sidste ende den endelige eksponerende facet . Strategien kan udvides til facet-kontrollerbar syntese af en række 2D REO-enkeltkrystaller, herunder lette REO'er (CeO₂ , Nd₂ O₃ ), mellemste REO'er (Sm₂ O₃ , Eu₂ O₃ ), og tunge REO'er (Dy₂ O₃ , Ho₂ O₃ , Y₂ O₃ ), henholdsvis."

Tager CEO₂ som et eksempel studerede de systematisk de atomare strukturelle forskelle i den dyrkede 2D CeO₂ (111) og administrerende direktør₂ (100) enkeltkrystaller. De udførte også eksperimenter og DFT-beregninger for at bekræfte mekanismen yderligere. Det er påvist, at med en lav koncentration af FCA er den beregnede overfladeenergi af CeO₂ (111) er lavere, og 2D CeO₂ (111) foretrækkes at opnå. Med den stigende koncentration af FCA, den beregnede overfladeenergi af CeO₂ (100) er lavere, og den tilsvarende krystalmorfologi bliver kvadratisk. De undersøgte også de facetrelaterede paramagnetiske egenskaber ved 2D REOs enkeltkrystaller.

"Vores alsidige arbejde frembringer ny indsigt til at realisere den anisotropiske vækst af ikke-lagdelte 2D REOs materialer og beriger 2D materialefamilien," siger prof. Lei Fu. "Det er bemærkelsesværdigt, at denne strategis høje manøvredygtighed åbner muligheder for at designe nye materialer, studere deres egenskaber og potentielle anvendelser i en bred vifte." + Udforsk yderligere

Nanokompositter med rige iltemner fremmer følsom elektroanalyse af Hg(II)