Natuurkundigen van de Universiteit van Basel slagen erin om met boor gedoteerde grafeen nanoribbons te synthetiseren en hun structurele, elektronische en chemische eigenschappen. Het gemodificeerde materiaal kan mogelijk worden gebruikt als sensor voor de ecologisch schadelijke stikstofoxiden, wetenschappers rapporteren in het laatste nummer van Natuurcommunicatie .

Grafeen is een van de meest veelbelovende materialen voor het verbeteren van elektronische apparaten. De tweedimensionale koolstofplaat vertoont een hoge elektronenmobiliteit en heeft dienovereenkomstig een uitstekende geleidbaarheid. Anders dan de gebruikelijke halfgeleiders, het materiaal mist de zogenaamde band gap, een energiebereik in een vaste stof waar geen elektronentoestanden kunnen bestaan. Daarom, het vermijdt een situatie waarin het apparaat elektronisch wordt uitgeschakeld. Echter, om efficiënte elektronische schakelaars van grafeen te fabriceren, het is noodzakelijk dat het materiaal "aan" en "uit" kan worden geschakeld.

De oplossing voor dit probleem ligt in het bijsnijden van de grafeenplaat tot een lintachtige vorm, genaamd grafeen nanoribbon (GNR). Daardoor kan het worden gewijzigd om een ​​bandafstand te hebben waarvan de waarde afhankelijk is van de breedte van de vorm.

Synthese op gouden oppervlak

Om de band gap zo af te stemmen dat de grafeen nanoribbons zich gedragen als een gevestigde siliciumhalfgeleider, de linten worden gedoteerd. Daartoe, de onderzoekers introduceren opzettelijk onzuiverheden in puur materiaal om de elektrische eigenschappen ervan te moduleren. Terwijl stikstofdoping is gerealiseerd, boriumdoping is onontgonnen gebleven. Vervolgens, de elektronische en chemische eigenschappen zijn tot nu toe onduidelijk gebleven.

Prof. Dr. Ernst Meyer en Dr. Shigeki Kawai van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van Basel, bijgestaan ​​door onderzoekers van Japanse en Finse universiteiten, zijn erin geslaagd om met boor gedoteerde grafeen nanoribbons met verschillende breedtes te synthetiseren. Ze gebruikten een chemische reactie op het oppervlak met een nieuw gesynthetiseerd precursormolecuul op een atomair schoon goudoppervlak. De chemische structuren werden direct opgelost door state-of-the-art atoomkrachtmicroscopie bij lage temperatuur.

Naar een stikstofoxide-sensor

De gedoteerde plaats van het booratoom werd ondubbelzinnig bevestigd en de dopingverhouding - het aantal booratomen ten opzichte van het totale aantal atomen in het nanolint - lag op 4,8 atoomprocent. Door het doseren van stikstofmonoxidegas, de chemische eigenschap die bekend staat als de Lewis-zuurgraad kan ook worden bevestigd.

Het gedoteerde stikstofoxidegas werd zeer selectief geadsorbeerd op de boorplaats. Deze meting geeft aan dat het met boor gedoteerde grafeen nanolint kan worden gebruikt voor een ultragevoelige gassensor voor stikstofoxiden, die momenteel een hot topic zijn in de industrie omdat ze zeer schadelijk zijn voor het milieu.