(a) Dibujos esquemáticos de los procesos de preparación de muestras. (b) (i) Imagen crio-EM de los cristales de Ca-Cl en la membrana ultrafina de óxido de grafeno reducido (rGO). (ii) Patrón de difracción de una estructura cristalina típica por crio-EM en modo de difracción de electrones. (iii) Transformada de Fourier de toda la imagen de campo claro que muestra la misma red hexagonal que en (ii). (c) Relación atómica de Ca a Cl en función del tiempo de ataque medido por XPS durante el ataque por ion argón para una muestra de la membrana seca de Ca-Cl @ rGO. (d) Una estructura estable del modelo molecular I de módulos de cristal de CaCl adsorbidos en una hoja de grafeno a partir de cálculos teóricos. (e) Resistividad eléctrica medida usando el multímetro con dos electrodos que se conectan con las superficies hacia arriba y hacia abajo de las membranas rGO y GO secas, respectivamente. (f) Ferromagnetismo a temperatura ambiente de la membrana seca de Ca-Cl @ rGO. (g) Comportamiento de heterounión de la membrana seca de Ca-Cl @ rGO. (h) Propiedad similar a la piezoelectricidad de la membrana seca de Ca-Cl @ rGO en condiciones ambientales. Crédito:Science China Press
Los iones de calcio están presentes en las rocas, huesos, conchas biominerales, depósitos geológicos, sedimentos oceánicos, y muchos otros materiales importantes. Los iones de calcio también juegan un papel importante en la retención de dióxido de carbono en aguas naturales, Dureza del agua, transducción de señales y generación de tejidos. Como uno de los metales alcalinotérreos, el átomo de calcio tiene dos electrones de valencia según la regla del octeto. Hasta ahora, el único estado de valencia conocido de los iones de calcio en condiciones ambientales es +2, y los cristales correspondientes con iones calcio son aislantes.
Mediante el uso de microscopía crioelectrónica, Los científicos informaron de la observación directa de cristales de CaCl bidimensionales (2-D) en membranas de óxido de grafeno reducido (rGO) en condiciones ambientales. que exhiben solo iones de calcio monovalentes (es decir, +1). Notablemente, Los cristales de CaCl 2-D muestran propiedades metálicas en lugar de aislantes, y más interesante, ferromagnetismo a temperatura ambiente, resultó heterounión grafeno-CaCl, coexistencia de piezoelectricidad y metalicidad, junto con la capacidad distintiva de almacenamiento y liberación de hidrógeno en condiciones ambientales se demuestran experimentalmente.
Cabe señalar que convencionalmente, los materiales metálicos generalmente no muestran piezoelectricidad. Tal comportamiento inesperado similar a la piezoelectricidad de los cristales metálicos de CaCl es inducido por la estructura anormal de 2-D CaCl que la estructura es metálica debido al comportamiento monovalente de los iones Ca por un lado, y por otro lado la estructura tiene dos elementos (Ca y Cl) con diferentes efectos eléctricos bajo deformación por compresión o tracción. Por lo tanto, Los cristales 2-D CaCl son un material novedoso que tiene tanto carácter metálico como propiedades piezoeléctricas, y tendrá aplicaciones novedosas como transistores hasta la escala atómica y en dispositivos de nanotransistores.
Hasta donde sabemos, nunca se ha observado ferromagnetismo a temperatura ambiente para un elemento metálico del grupo principal. Un estudio teórico revela que el posible origen de tal ferromagnetismo a temperatura ambiente son los efectos de borde o defecto de los cristales de CaCl, donde hay un electrón de valencia no apareado en Ca +, entonces se espera que cada elemento metálico tenga ferromagnetismo a temperatura ambiente mediante la formación de cristales 2-D correspondientemente anormales.
Los estudios teóricos muestran que la formación de tales cristales anormales se atribuye a las fuertes interacciones catión-π de los cationes Ca con los anillos aromáticos en las superficies del grafeno. Dado que también existen fuertes interacciones catión-π entre otros cationes metálicos (como Mg 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Cu 2+ , CD 2+ , Cr 2+ y Pb 2+ ) y superficies grafíticas, Se esperan cristales similares con valencia anormal de otros cationes metálicos.
Estos hallazgos no solo presentan un gran avance en los cristales 2-D con una relación catión-anión anormal, nueva valencia de cationes, y conductividad inesperada, pero también proporcionan obras seminales en material, biológico, Aplicaciones químicas y físicas. Las propiedades y comportamientos de los cristales 2-D rompen con el conocimiento general sobre este elemento ampliamente distribuido en la vida diaria, y definitivamente atraerán la atención y harán reflexionar sobre sus interesantes aplicaciones en varios campos.
Estas propiedades y comportamientos de los cristales 2-D también ampliarán en gran medida las aplicaciones del grafeno funcionalizado. Más lejos, considerando la amplia distribución de cationes metálicos y carbono en la tierra, Estos compuestos "especiales" a nanoescala con propiedades previamente desconocidas pueden ser de naturaleza ubicua.
