El diagrama esquemático central muestra el proceso de transición de facetas de monocristales REO 2D a través de la ingeniería de energía superficial asistida por FCA. Las imágenes SEM alrededor muestran una serie de monocristales REO 2D que exponen diferentes facetas, barra de escala:1 μm. Crédito:Science China Press
Desde que el grafeno recibió el Premio Nobel en 2010, los materiales bidimensionales (2D) han seguido atrayendo la atención de los investigadores en los campos de fabricación de dispositivos 2D lógicos, de almacenamiento, optoelectrónicos y fotónicos debido al grosor atómico y al excelente rendimiento. Con base en la investigación del grafeno, los científicos han descubierto algunos otros materiales 2D, como los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) en capas, el nitruro de boro hexagonal (h-BN) y los semiconductores del grupo III-V sin capas.
Recientemente, los óxidos de tierras raras (REO) 2D han surgido como una familia de materiales sin capas única y prometedora. El 4f vacío Los orbitales de elementos de tierras raras están protegidos por la capa exterior completamente llena, por lo que el 4f no emparejado Los electrones de los iones de tierras raras normalmente no están involucrados en las reacciones químicas, lo que lleva a propiedades prometedoras en las actividades de luminiscencia, magnéticas, electrónicas y catalíticas. Los REO 2D combinan las propiedades únicas de los elementos de tierras raras y se han utilizado ampliamente en óptica, magnetismo, catalizadores de alta eficiencia, transistores, biomedicina y otros campos.
Además, se informa que la faceta del cristal también tiene cierta influencia en las propiedades de los materiales 2D. Por lo tanto, es muy importante sintetizar de forma controlada materiales 2D con facetas específicas. Sin embargo, debido a su estructura sin capas, es un desafío controlar el crecimiento anisotrópico 2D del material. Además, dado que los materiales 2D expondrán la faceta más estable con la energía más baja, es especialmente importante controlar la termodinámica de los materiales.
En respuesta a estos desafíos, recientemente, en un artículo de investigación reciente publicado en National Science Review , científicos de la Universidad de Wuhan, China, presentaron un nuevo paradigma y realizaron la síntesis controlable por facetas de una serie de REO 2D sin capas. La introducción de un asistente de control de facetas (FCA) puede controlar la nucleación 2D de las facetas predeterminadas y ajustar el modo de crecimiento y la dirección de los cristales.
Los autores declararon:"De acuerdo con la teoría de la base ácida dura-suave (HSAB), los iones RE son ácidos duros y prefieren tener afinidades hacia la base. Empleamos NH4 X como FCA y los iones de haluro que pertenecen a la base actúan como asistente activo. La introducción de FCA no solo controla la nucleación 2D de las facetas predeterminadas y promueve el crecimiento anisotrópico 2D de los REO, sino que también conduce al cambio en la energía superficial relativa de cada faceta con el aumento de la concentración de FCA y finalmente determina la faceta de exposición final. . La estrategia puede extenderse a la síntesis controlable por facetas de una serie de monocristales de REO 2D, incluidos los REO ligeros (CeO2 , Nd2 O3 ), REO medios (Sm2 O3 , Eu2 O3 ) y REO pesados (Dy2 O3 , Ho2 O3 , Y2 O3 ), respectivamente."
Tomando CeO2 como ejemplo, estudiaron sistemáticamente las diferencias estructurales atómicas del CeO2 2D crecido (111) y director ejecutivo2 (100) monocristales. Además, realizaron experimentos y cálculos DFT para confirmar aún más el mecanismo. Se demuestra que con una baja concentración de FCA, la energía superficial calculada de CeO2 (111) es inferior y 2D CeO2 (111) se prefiere obtener. Con el aumento de la concentración de FCA, la energía superficial calculada de CeO2 (100) es menor y la morfología del cristal correspondiente se vuelve cuadrada. También exploraron las propiedades paramagnéticas relacionadas con las facetas de los monocristales 2D REO.
"Nuestro trabajo versátil aporta nuevos conocimientos para realizar el crecimiento anisotrópico de materiales REO 2D sin capas y enriquece la familia de materiales 2D", dice el profesor Lei Fu. "En particular, la alta maniobrabilidad de esta estrategia abre oportunidades para diseñar nuevos materiales, estudiar sus propiedades y aplicaciones potenciales en una amplia gama". Los nanocompuestos con abundantes vacantes de oxígeno promueven el electroanálisis sensible de Hg(II)
