Sinds onderzoekers van de Universiteit van Manchester een stukje tape gebruikten om te isoleren, of "exfoliëren, " een enkele laag koolstof, bekend als grafeen, wetenschappers hebben de creatie van en toepassingen voor tweedimensionale materialen onderzocht om technologie op nieuwe manieren te bevorderen. Wetenschappers hebben getheoretiseerd over veel verschillende soorten tweedimensionale materialen, maar ze produceren, door één laag tegelijk te isoleren van een gelaagde driedimensionale bron, vaak een uitdaging.

Salvador Barraza-Lopez, universitair hoofddocent natuurkunde, en zijn onderzoeksgroep bestuderen 2-D materialen genaamd groep IV monochalcogeniden, waaronder tinselenide, germaniumsulfide, tin(II)sulfide, tintelluride en tinselenide, onder andere.

In 3D-vorm, deze materialen hebben veel nuttige eigenschappen. Bijvoorbeeld, ze worden momenteel gebruikt in zonnecellen. Sommige monochalcogeniden van groep IV zijn ook ferro-elektrisch wanneer ze worden geëxfolieerd tot aan de 2-D-limiet, wat betekent dat ze paren positieve en negatieve ladingen bevatten die een macroscopisch dipoolmoment creëren.

Hoewel sommige van deze tweedimensionale materialen zijn gegroeid, niemand heeft met succes een stabiele tweedimensionale laag van een groep IV-monochalcogenide afgepeld. In een recent manuscript getiteld "Water Splits to Degrade Two-Dimensional Group-IV Monochalcogenides in Nanoseconds" en gepubliceerd in het Journal ACS Centrale Wetenschap , Barraza-Lopez legde een mogelijke reden hiervoor uit.

Barraza-Lopez zei dat, zelfs onder de strengste experimentele omstandigheden, omgevingswatermoleculen zijn te vinden in de buurt van deze materialen. En net als deze materialen, water draagt ​​ook een elektrische dipool. Barraza Lopez legde uit dat de interactie van dipolen in alledaagse omstandigheden kan worden waargenomen:"Het trekken van kleine stukjes papier met een kam die onlangs op droog haar werd gebruikt, kan worden verklaard als het effect van een inhomogeen elektrisch veld in de kam dat macroscopische elektrische dipolen in dat stuk papier in de buurt, " hij zei.

Taneshwor Kaloni, een voormalig postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Barraza-Lopez, computerberekeningen uitgevoerd die monolagen van deze materialen nabootsen die interageren met watermoleculen bij kamertemperatuur en omgevingsdruk. Het team toonde aan dat wanneer watermoleculen dicht bij deze materialen zijn, ze voelen zich tot hen aangetrokken. Deze aantrekkingskracht zorgt voor een enorme opbouw van kinetische energie, wat leidt tot de splitsing van de watermoleculen, en destabiliseert de 2D-materialen als gevolg van deze chemische reactie. Barraza-Lopez legde uit dat hij verrast was te horen dat dit proces genoeg energie creëerde om watermoleculen te splitsen, omdat de benodigde kinetische energie groter is dan 70, 000 graden Celsius.

Op een manier, de moeilijkheid om deze materialen te exfoliëren kan leiden tot een nieuwe technologie voor de productie van waterstof uit tweedimensionale materialen, hoewel er veel aanvullende studies nodig zijn om een ​​dergelijk doel te bereiken.