Een team van de Tulane University School of Science and Engineering heeft een nieuwe familie van tweedimensionale materialen ontwikkeld die volgens onderzoekers veelbelovende toepassingen hebben, onder meer in geavanceerde elektronica en batterijen met een hoge capaciteit.

Onder leiding van Michael Naguib, een assistent-professor bij de afdeling Physics and Engineering Physics, is de studie gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials .

"Tweedimensionale materialen zijn nanomaterialen met een dikte in de nanometergrootte (nanometer is een miljoenste van een millimeter) en laterale afmetingen die duizenden keren zo dik zijn", zei Naguib. "Hun vlakheid biedt unieke eigenschappen in vergelijking met bulkmaterialen."

De naam van de nieuwe familie van 2D-materialen is overgangsmetaal carbo-chalcogeniden, of TMCC. Het combineert de kenmerken van twee families van 2D-materialen:overgangsmetaalcarbiden en overgangsmetaaldichalcogeniden.

Naguib, de Ken &Ruth Arnold Early Career Professor in Science and Engineering, zei dat de laatste een grote familie van materialen is die uitgebreid is onderzocht en veelbelovend is gebleken, vooral voor elektrochemische energieopslag en -conversie. Maar hij zei dat een van de uitdagingen bij het gebruik ervan hun lage elektrische geleidbaarheid en stabiliteit is.

Aan de andere kant, zei hij, zijn overgangsmetaalcarbiden uitstekende elektrische geleiders met een veel krachtiger geleidingsvermogen. Het samenvoegen van de twee families tot één zal naar verwachting een groot potentieel hebben voor vele toepassingen zoals batterijen en supercondensatoren, katalyse, sensoren en elektronica.

"In plaats van de twee verschillende materialen zoals Lego-bouwstenen met veel problematische interfaces op elkaar te stapelen, ontwikkelen we hier een nieuw 2D-materiaal dat de combinatie van beide composities heeft zonder enige interface," zei hij.

"We gebruikten een elektrochemisch geassisteerd exfoliatieproces door lithiumionen tussen de lagen van bulkovergangsmetalen carbo-chalcogeniden in te voegen, gevolgd door agitatie in water", zegt Ahmad Majed, de eerste auteur van het artikel en een promovendus in Materials Physics en Engineering bij Tulane in de groep van Naguib.

In tegenstelling tot andere exotische nanomaterialen, zei Majed, is het proces om deze 2D TMCC-nanomaterialen te maken eenvoudig en schaalbaar.

Naast Naguib en Majed bestaat het team uit Jiang Wei, een universitair hoofddocent natuurkunde en technische natuurkunde; Jianwei Sun, een assistent-professor in natuurkunde en technische natuurkunde; doctoraat kandidaten Kaitlyn Prenger, Manish Kothakonda en Fei Wang in Tulane; en Dr. Eric N. Tseng en professor Per O.A. Persson van Linkӧping University in Zweden. + Verder verkennen

Wetenschapper leidt onderzoek naar sneller opladen van energieopslag