Los científicos de materiales de la Universidad de Rice reemplazan todos los átomos en la parte superior de un cristal bidimensional para hacer un dicalcogenuro de metal de transición con azufre, molibdeno y selenio. Crédito:Universidad Jing Zhang / Rice
Como un sándwich con trigo en el fondo y centeno en la parte superior, Los científicos de la Universidad de Rice han inventado un nuevo y sabroso giro en materiales bidimensionales.
El científico de materiales del laboratorio de Rice, Jun Lou, ha creado un dicalcogenuro de metal de transición semiconductor (TMD) que comienza como una monocapa de diselenuro de molibdeno. Luego, quitan la capa superior de la red y reemplazan precisamente la mitad de los átomos de selenio con azufre.
El nuevo material al que llaman Janus azufre, molibdeno, selenio (SMoSe) tiene una construcción cristalina que, según los investigadores, puede albergar un campo eléctrico intrínseco y que también se muestra prometedor para la producción catalítica de hidrógeno.
El trabajo se detalla este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano .
El material de dos caras es técnicamente bidimensional, pero al igual que el diselenuro de molibdeno, consta de tres capas apiladas de átomos dispuestos en una cuadrícula. Desde la parte superior, parecen anillos hexagonales a la grafeno, pero desde cualquier otro ángulo, la cuadrícula es más como un gimnasio de jungla a nanoescala.
Control estricto de las condiciones en un horno de deposición de vapor químico típico:800 grados Celsius (1, 872 grados Fahrenheit) a presión atmosférica:permitió que el azufre interactuara solo con la capa superior de átomos de selenio y dejara la parte inferior intacta. dijeron los investigadores. Si la temperatura sube por encima de 850, todo el selenio se reemplaza.
Esta imagen muestra las vistas superior (izquierda) y lateral del selenio de molibdeno de azufre de Janus creado en la Universidad de Rice. El control cuidadoso del calentamiento permite que el azufre reemplace solo el plano superior de los átomos de selenio en el nuevo material bidimensional. Crédito:Universidad Jing Zhang / Rice
"Al igual que la intercalación de muchas otras moléculas demostró tener la capacidad de difundirse en los materiales estratificados, difusión de moléculas de azufre gaseoso entre las capas de estos cristales de Van der Waals, así como el espacio entre ellos y los sustratos, requiere suficiente fuerza motriz, ", dijo el investigador postdoctoral de Rice, Jing Zhang, coautor principal del artículo con el estudiante graduado Shuai Jia. "Y la fuerza impulsora de nuestros experimentos está controlada por la temperatura de reacción".
Un examen minucioso mostró que la presencia de azufre le dio al material una banda prohibida más grande que el diselenuro de molibdeno, dijeron los investigadores.
"Este tipo de estructura de dos caras se ha predicho teóricamente durante mucho tiempo, pero rara vez se ha realizado en la comunidad de investigación en 2-D, ", Dijo Lou." La ruptura de la simetría en la dirección fuera del plano de los TMD 2-D podría dar lugar a muchas aplicaciones, como un catalizador 2-D activo de plano basal, sensores y actuadores robustos con piezoelectricidad habilitada en el límite 2-D ".
Dijo que la preparación del material Janus debería ser universal para materiales en capas con estructuras similares. "Será muy interesante observar las propiedades de la configuración Janus de otros materiales 2-D, "Dijo Lou.
