Tweedimensionale (2-D) materialen, die uitstekende fysische en chemische eigenschappen vertonen, hebben ongekende aandacht gekregen en zijn uitgegroeid tot een onderzoekshotspot op wetenschappelijke gebieden zoals natuurkunde, chemie en materialen. Organische modificatie op 2D-materialen door organische moleculen covalent te binden of fysiek te adsorberen, kan de eigenschappen van 2D-materialen sterk reguleren en optimaliseren.
Echter, de tot nu toe gerapporteerde organische modificatiemethoden zijn eerst exfoliatie en vervolgens een organische modificatie (EM) -strategie, die meestal enkele nadelen hebben, zoals een minder modificatieverhouding, onzeker type, aantal en positie van de functionele groepen, neiging tot gebreken enzovoort. Daarom, de ontwikkeling van functionalisering van 2D-materialen is sterk beperkt.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Xu Gang van het Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) van de Chinese Academie van Wetenschappen ontwikkelde een nieuwe organische modificatie en vervolgens exfoliatie (ME)-strategie om 2-D organische metaalchalcogenide (OMC) te bereiden ) materialen met afstembare bandafstanden (0,83 eV) en elektrische geleidbaarheid (9 ordes van grootte).

De onderzoekers bereidden gemakkelijk de ouderkristallen met gelaagde structuren die OMC's afleiden door natte chemie door de coördinatie tussen het metaalion en het thiolligand dat verschillende ongecoördineerde para-gesubstitueerde groepen bevat. Ze verkregen OMC's door hun ouderkristallen te exfoliëren tot nanobladen met één of enkele lagen.

Anders dan de 2D-materialen die zijn aangepast door een E-M-strategie, OMC's bereid door de M-E-strategie zijn een reeks homogene anorganische 2D-materialen met periodiek covalente bindende organische functionele groepen. Deze structuurfunctie zorgt voor brede aanpassingen in de eigenschappen van OMC's door de metaalcentra en organische groepen te veranderen.

OMC's hebben unieke 2D-grafeenachtige anorganische {Cu ^l S}∞, {Ag ^l S}∞ en {Au ^l S}∞ laag met sandwich-gemodificeerde functionele groep (–NH ₂ , -OH, –OCH ₃ , -F, of –COOH) die zich uitstrekt vanaf de anorganische laag. Vandaar, beide oppervlakken van monolagen van metaalchalcogenide zijn ordelijk en volledig bedekt door de vooraf ontworpen functionele groepen.

Vergeleken met de gerapporteerde 2D-materialen door een EM-strategie, OMC-materialen hebben de voordelen van een eenvoudige voorbereiding, sterke systeemuitbreidbaarheid, functionele groep ontwerpbaar, enzovoort. OMC's hebben een hoge thermische stabiliteit tot 300°C, en de meeste OMC's vertoonden ook een goede chemische stabiliteit in pH variërend van 3 tot 11 voor> 12 u.

In aanvulling, de bandgaps van OMC's kunnen een hoge flexibiliteit hebben, gemoduleerd door de elektronegativiteit van de metaalionen of het elektronendonerende vermogen van organische functionele groepen te veranderen. De band gaps van OMC's zijn volledig aangepast met 0,83 eV, dat is de hoogste gerapporteerde waarde tot nu toe bereikt door alle chemische methoden.

De onderzoekers berekenden de dikte-afhankelijke bandstructuur van OMC's met behulp van de dichtheidsfunctionaaltheorie, wat aantoont dat OMC's worden gekenmerkt met vrijwel onveranderde bandafstanden bij het verminderen van het laagnummer van bulk naar enkele laag.

Daarnaast, ze ontdekten dat de geleidbaarheid van OMC's kan worden gemoduleerd door de elektronegativiteit van metaalionen of het elektronendonerende vermogen van organische functionele groepen te veranderen. De geleidbaarheid van OMC's kan worden afgestemd over 9 ordes van grootte.

Deze studie biedt "eerst organische modificatie en dan exfoliatie (M-E)-strategie" als een efficiënte benadering voor het verkennen van nieuwe 2D-materialen op basis van zelfassemblagestrategieën voor coördinatie.