La sal común (NaCl) actúa como intermediario en el crecimiento de la deposición química de vapor de disulfuro de molibdeno 2D, acelerando el proceso de su creación. Los teóricos de materiales de la Universidad de Rice descubrieron que la sal y un precursor forman un eutéctico, que tiene una temperatura de fusión más baja que cualquiera de ellos. Crédito:Jincheng Lei/Yakobson Research Group
Saltarse una fila es de mala educación, pero a veces es aceptable. Especial para la sal.
El laboratorio de teórico de materiales de la Universidad de Rice, Boris Yakobson, muestra por qué en su seguimiento de un estudio de 2018 que demostró cómo la sal simplifica la formación de valioso disulfuro de molibdeno 2D (MoS2 ) con un análisis de principios básicos del proceso que podría refinarlo aún más.
El estudio teórico de Yakobson y sus colegas Jincheng Lei, Yu Xie y Alex Kutana, todos ex alumnos de su laboratorio, y la investigadora Ksenia Bets muestran a través de la simulación de energías a nivel atómico por qué la sal, en particular la sal yodada, reduce la temperatura de reacción en un vapor químico. horno de deposición (CVD) necesario para formar MoS2 .
Lo hace ayudando a omitir algunos pasos y saltando barreras de alta energía en el crecimiento CVD convencional para producir mucho más MoS6 , un precursor esencial de 2D MoS2 .
Su estudio en el Journal of the American Chemical Society se centró en cómo la sal reduce las barreras de activación para mejorar la sulfuración de los oxihaluros de molibdeno, la materia prima del gas en MoS2 cristalización.
MoS2 es un compuesto natural conocido en forma masiva como molibdenita, y en forma 2D es muy codiciado por sus propiedades semiconductoras, que prometen avances en aplicaciones electrónicas, optoelectrónicas, espintrónicas, catalíticas y médicas. Pero 2D MoS2 sigue siendo difícil de fabricar en cantidades comerciales.
El equipo de Rice entró por primera vez en la refriega cuando laboratorios en Singapur, China, Japón y Taiwán usaron sal para hacer una "biblioteca" de materiales 2D que combinaban metales de transición y calcógenos. Por qué funcionó tan bien fue un misterio, lo que los llevó a recurrir a la experiencia del laboratorio de Yakobson en el modelado de materiales, incluso solo los teóricos, desde cero.
Sus modelos integrales muestran que, si bien los laboratorios internacionales utilizaron sales de cloruro para crear su biblioteca de materiales, las sales de yoduro que se encuentran comúnmente en las mesas de la cocina son mejores para acelerar la síntesis de MoS2. .
"La síntesis rápida y a gran escala es imprescindible para la aplicación generalizada de MoS2 ", dijo Lei. "Estudiamos cuidadosamente todo el proceso de crecimiento, con la esperanza de optimizarlo tanto como sea posible. Resultó que simplemente cambiando el cloruro por yoduro, se podía sintetizar MoS2 mucho más rápido a temperaturas de crecimiento aún más bajas".
Esto sucede cuando la sal y el precursor forman un eutéctico, una mezcla de sustancias que se funden y solidifican a una sola temperatura inferior a los puntos de fusión de los constituyentes.
"Después de que se demostró que la síntesis asistida por sal permite el crecimiento de muchos más compuestos TMD (dicalcogenuro de metales de transición) de lo que era posible antes y mejoró significativamente las condiciones de crecimiento de los sintetizados previamente, quedó claro que hay algo especial en este proceso", dijo Bets. dijo.
"Algunos grupos experimentales intentaron investigar más a fondo, pero monitorear la composición molecular de la fase gaseosa en condiciones de crecimiento no es una tarea sencilla", dijo. "Incluso entonces, no puedes ver la imagen completa.
"Fuimos muy minuciosos, siguiendo el trabajo de Jincheng sobre el mecanismo de MoS2 convencional crecimiento. Simulamos todas las partes del proceso, desde la sulfuración hasta el crecimiento de cristales en 2D. Este enfoque integral valió la pena".
En simulaciones, el equipo de Rice observó directamente todo el proceso de sulfuración a medida que los átomos de oxígeno y cloro fueron reemplazados gradualmente por azufre en MoO2 Cl2 , un precursor común, en condiciones CVD.
El laboratorio dijo que el efecto eutéctico puede ser un fenómeno común en la síntesis CVD de monocapas de dicalcogenuro 2D y, por lo tanto, vale la pena continuar el estudio. Compañeros de laboratorio dentro de la síntesis de cristales 2D
