Investigadores de Penn State y Purdue University han desarrollado nuevos materiales para mejorar la catálisis de un solo átomo y la electrónica del futuro.

Los materiales, basado en dicalcogenuros de metales de transición bidimensionales (TMD) que incluyen disulfuros, diselenidos y telururos, tienen una variedad de propiedades interesantes que a los científicos les gustaría explotar, especialmente para catálisis y electrónica de próxima generación.

El equipo depositó los metales nobles oro y plata en los sustratos de TMD bidimensionales y estudió cómo se formaban y crecían los metales en las superficies de TMD. En todos los casos menos uno, los metales formaron nanopartículas de dimensión cero, como predijo la teoría. Pero en el caso de la plata depositada en ditellurides, la plata formó una capa de un solo átomo que recubre todo el sustrato.

"Probamos los experimentos una y otra vez, pero no vio ninguna evidencia de formación de nanopartículas de plata en las diteluridas de metales de transición, Sin embargo, sabíamos que la plata estaba allí "dijo Yifan Sun, ex estudiante de doctorado de Penn State y autor principal de un artículo publicado esta semana en la revista Química de la naturaleza .

El equipo descubrió que las interfaces entre los TMD y los metales nobles eran importantes para determinar el crecimiento y la estructura final de los metales.

"Eso fue realmente interesante para nosotros y proporciona nuevos conocimientos sobre cómo probar las interfaces entre nanoestructuras 2-D y 3-D, ", Agregó Sun.

El equipo cree que este conocimiento será útil en un importante campo de la química llamado catálisis de un solo átomo. El problema al que se enfrenta actualmente la catálisis de un solo átomo es que a medida que aumenta la densidad de los átomos catalíticos, tienden a formar agregados que se agrupan en nanopartículas, lo que reduce la actividad catalítica. Dado que más del 85 por ciento de los productos químicos se producen por catálisis, un proceso de un solo átomo que no se agregue podría tener enormes beneficios.

"El proceso nos permite pensar en el futuro cómo se podrían diseñar catalizadores de un solo átomo que tuvieran cantidades mínimas de estos costosos metales nobles y que tuvieran propiedades mejoradas debido a eso, "dijo Ray Schaak, Profesor Dupont de Química, y autor correspondiente del artículo de Nature Chemistry.

Otro lugar donde a la gente le gustaría utilizar este tipo de material es en la electrónica. A menudo necesitan hacer contacto con un cable metálico y este tipo de crecimiento en los TMD les da ese punto de anclaje.

"Los metales 2-D son un área emergente y fue muy difícil convencer a la gente de que teníamos una capa de plata 2-D, "dijo Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Profesor de Física, y distinguido profesor de física, ciencia e ingeniería química y de los materiales, Penn State. "No sucede con otros materiales".

En el futuro, los investigadores tienen la intención de probar otros metales que tengan propiedades catalíticas más interesantes que la plata.