Als een boterham met tarwe aan de onderkant en rogge aan de bovenkant, Wetenschappers van Rice University hebben een smakelijke nieuwe draai aan tweedimensionale materialen bedacht.

Het Rice-laboratorium van materiaalwetenschapper Jun Lou heeft een halfgeleidend overgangsmetaal dichalcogenide (TMD) gemaakt dat begint als een monolaag van molybdeendiselenide. Vervolgens strippen ze de bovenste laag van het rooster en vervangen precies de helft van de seleniumatomen door zwavel.

Het nieuwe materiaal dat ze Janus-zwavel-molybdeen-selenium (SMoSe) noemen, heeft een kristallijne constructie die volgens de onderzoekers een intrinsiek elektrisch veld kan bevatten en dat is ook veelbelovend voor de katalytische productie van waterstof.

Het werk wordt deze maand gedetailleerd beschreven in het tijdschrift American Chemical Society ACS Nano .

Het materiaal met twee gezichten is technisch tweedimensionaal, maar net als molybdeendiselenide bestaat het uit drie op elkaar gestapelde lagen atomen die in een raster zijn gerangschikt. Vanaf het begin, ze zien eruit als zeshoekige ringen a la grafeen, maar vanuit een andere hoek, het raster lijkt meer op een jungle-gym op nanoschaal.

Strakke controle van de omstandigheden in een typische oven voor chemische dampafzetting - 800 graden Celsius (1, 872 graden Fahrenheit) bij atmosferische druk - liet de zwavel alleen interageren met de bovenste laag van seleniumatomen en liet de bodem onaangeroerd, aldus de onderzoekers. Als de temperatuur boven de 850 komt, al het selenium is vervangen.

"Net als de intercalatie van veel andere moleculen waarvan is aangetoond dat ze het vermogen hebben om in de gelaagde materialen te diffunderen, diffusie van gasvormige zwavelmoleculen tussen de lagen van deze Van der Waals-kristallen, evenals de ruimte tussen hen en de substraten, vereist voldoende drijfkracht, " zei Rice postdoctoraal onderzoeker Jing Zhang, co-hoofdauteur van het artikel met afgestudeerde student Shuai Jia. "En de drijvende kracht in onze experimenten wordt geregeld door de reactietemperatuur."

Nauwgezet onderzoek toonde aan dat de aanwezigheid van zwavel het materiaal een grotere bandafstand gaf dan molybdeendiselenide, aldus de onderzoekers.

"Dit type tweezijdige structuur is lang theoretisch voorspeld, maar zeer zelden gerealiseerd in de 2D-onderzoeksgemeenschap, Lou zei. "De breuk in de symmetrie in de out-of-plane richting van 2-D TMD's zou tot veel toepassingen kunnen leiden, zoals een actieve 2D-katalysator in het basaalvlak, robuuste sensoren en actuatoren met piëzo-elektriciteit op de 2-D-limiet."

Hij zei dat de voorbereiding van het Janus-materiaal universeel moet zijn voor gelaagde materialen met vergelijkbare structuren. "Het zal best interessant zijn om te kijken naar de eigenschappen van de Janus-configuratie van andere 2D-materialen, ' zei Lou.