Pero un equipo de investigadores ha desarrollado recientemente una novedosa técnica de fabricación (el uso de soluciones químicas para desprender capas delgadas de sus compuestos originales, creando láminas atómicamente delgadas) que parece que finalmente cumplirá la promesa de la sustancia ultradelgada.

Los investigadores describen su técnica de fabricación en un estudio publicado en Nature .

En el mundo de los materiales ultrafinos o "bidimensionales", aquellos que contienen una sola capa de átomos, las nanohojas de telururo de metal de transición (TMT) han causado, en los últimos años, gran entusiasmo entre los químicos y científicos de materiales por sus propiedades particularmente inusuales. .

Estos compuestos, hechos de telurio y cualquiera de los elementos en el "medio" de la tabla periódica (grupos 3-12), disfrutan de una variedad de estados que van desde semimetálicos hasta semiconductores, aislantes y superconductores e incluso estados más exóticos, como así como actividad catalítica magnética y única.

Estas propiedades ofrecen una variedad de aplicaciones potenciales en electrónica, almacenamiento de energía, catálisis y detección. En particular, las nanohojas de TMT se están explorando como nuevos materiales para electrodos en baterías y supercondensadores (esenciales para una transición limpia) debido a su alta conductividad y su gran superficie.

Las nanohojas de TMT también se pueden utilizar como electrocatalizadores para baterías de litio-oxígeno, mejorando su eficiencia y rendimiento. Otras posibles aplicaciones de las tecnologías emergentes incluyen la energía fotovoltaica y termoeléctrica, la producción de hidrógeno y la filtración y separación. Incluso se ha descubierto que muestran fenómenos cuánticos interesantes, como oscilaciones cuánticas y magnetorresistencia gigante.

"La lista de industrias que disfrutarían de importantes mejoras de eficiencia gracias a la producción en masa de nanoláminas de TMT es extremadamente larga", dijo el líder del equipo WU Zhong-Shuai, químico del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia de Ciencias de China. "Por eso este material 2D es potencialmente tan interesante."

Desafortunadamente, a pesar de varios intentos de exfoliación de nanohojas de TMT de alta calidad, preservar una alta cristalinidad y al mismo tiempo lograr un gran tamaño de nanohojas y una característica ultrafina sigue siendo un desafío importante. Los métodos ideados hasta ahora no son escalables debido a los largos tiempos de procesamiento. También suelen requerir productos químicos tóxicos. Por lo tanto, las propiedades de las nanoláminas de TMT siguen siendo un fenómeno de laboratorio interesante que no puede dar el salto a la producción en masa y la aplicación industrial.

El equipo finalmente resolvió este problema mediante un proceso simplificado de litiación, hidrólisis y, finalmente, exfoliación de nanohojas.

En primer lugar, se preparó una gran cantidad de cristales de telururo metálico mediante transporte químico de vapor, un método comúnmente utilizado en química para transportar compuestos sólidos de un lugar a otro utilizando un gas portador. Cuando se calienta el recipiente de reacción, el agente transportador se vaporiza y transporta el compuesto sólido consigo en forma de vapor.

El vapor viaja a través del recipiente de reacción y puede encontrar una superficie más fría, donde el compuesto puede depositarse y formar cristales. Esto permite el crecimiento controlado de cristales o películas muy finas del compuesto deseado. En este caso, los cristales de telururo preparados se mezclan luego con borohidruro de litio. Este proceso implica la colocación de iones de litio entre las capas de cristales de telururo metálico, lo que lleva a la formación de un compuesto intermedio "litiado".

Luego, el compuesto intermedio litiado se empapa rápidamente con agua, lo que resulta en una "exfoliación" o separación de los cristales de telururo metálico litiado en nanohojas en segundos.

Finalmente, las nanohojas de telururo metálico exfoliadas se recolectan y caracterizan según su forma y tamaño, lo que permite procesarlas en diferentes formas, como películas, tintas y compuestos, según la aplicación deseada.

Todo el proceso dura sólo diez minutos para la litiación y segundos para la hidrólisis. La técnica es capaz de producir nanoláminas de TMT de alta calidad de distintos espesores deseados con rendimientos muy altos.

Al probar las nanohojas, los investigadores descubrieron que su almacenamiento de carga, su capacidad de alta velocidad y su estabilidad las hacían prometedoras para aplicaciones en baterías de litio y microsupercondensadores.

Creen que su técnica está esencialmente lista para la comercialización, pero también quieren realizar más estudios para caracterizar las propiedades y el comportamiento de sus nanoláminas, así como refinar y optimizar aún más las etapas de litiación y exfoliación.