Los investigadores de la Universidad de Rice han analizado en profundidad los catalizadores de un átomo de espesor que producen hidrógeno para ver con precisión de dónde proviene. Sus hallazgos podrían acelerar el desarrollo de materiales 2-D para aplicaciones energéticas, como las pilas de combustible.

El laboratorio de Rice del científico de materiales Jun Lou, con colegas del Laboratorio Nacional de Los Alamos, desarrolló una técnica para sondear a través de pequeñas "ventanas" creadas por un haz de electrones y medir la actividad catalítica del disulfuro de molibdeno, un material bidimensional que se muestra prometedor para aplicaciones que utilizan electrocatálisis para extraer hidrógeno del agua.

Las pruebas iniciales en dos variaciones del material demostraron que la mayor parte de la producción proviene de los bordes de las láminas delgadas. Los investigadores informaron sus resultados este mes en Materiales avanzados .

Los investigadores ya sabían que los bordes de los materiales 2-D son donde está la acción catalítica, por lo que cualquier información que ayude a maximizarla es valiosa, Dijo Lou.

"Estamos utilizando esta nueva tecnología para identificar los sitios activos que la teoría ha predicho durante mucho tiempo, ", dijo." Hubo alguna prueba indirecta de que los sitios de borde son siempre más activos que los planos basales, pero ahora tenemos una prueba directa ".

Los microchips con sonda desarrollados en Los Alamos y el método creado por Lou y el autor principal Jing Zhang, un investigador postdoctoral de Rice, abrir un camino para la detección rápida de posibles candidatos a la reacción de evolución de hidrógeno entre materiales bidimensionales.

"La mayor parte del material está en la superficie, y quieres que sea un catalizador activo, en lugar de solo el borde, "Dijo Lou." Si la reacción solo ocurre en el borde, pierde el beneficio de tener toda la superficie proporcionada por una geometría 2-D ".

El laboratorio probó escamas de disulfuro de molibdeno con diferentes estructuras cristalinas conocidas como "1T principal" (u octaédrico distorsionado) y 2H (prismático trigonal). "Son básicamente el mismo material con la misma composición química, pero las posiciones de sus átomos son diferentes, "Dijo Lou." 1T prime es metálico y 2H es un semiconductor ".

Dijo que los investigadores hasta ahora han demostrado experimentalmente que el primer 1T más conductivo era catalítico en toda su superficie. pero el estudio de Rice demostró que eso no es del todo exacto. "Nuestros resultados mostraron que el borde primario 1T siempre es más activo que el plano basal. Ese fue un nuevo descubrimiento, " él dijo.

Después de hacer las escamas mediante la deposición de vapor químico, Zhang utilizó un método de evaporación por haz de electrones para depositar electrodos en escamas individuales. Luego añadió una capa aislante de poli (metacrilato de metilo), un termoplástico transparente, y quemó un patrón de "ventanas" en el material inerte mediante litografía con haz de electrones. Eso permitió a los investigadores sondear tanto los bordes como los planos basales del material 2-D, o solo bordes específicos, a una resolución submicrométrica.

Las 16 sondas en el chip de pulgadas cuadradas construido en Los Alamos pulsan energía en los copos a través de las ventanas. Cuando se produce hidrógeno, escapa como un gas pero roba un electrón del material. Eso crea una corriente que se puede medir a través de los electrodos. Las sondas se pueden direccionar individualmente o todas a la vez, permitiendo a los investigadores obtener datos para varios sitios en un solo copo o de varios copos.

Las pruebas rápidas ayudarán a los investigadores a alterar sus materiales microscópicos de manera más eficiente para maximizar la actividad catalítica de los planos basales. "Ahora existe un incentivo para utilizar la resistencia de este material, su área de superficie, como catalizador, ", Dijo Lou." Esta será una muy buena técnica de detección para acelerar el desarrollo de materiales 2-D ".