De ontdekking van grafeen, een materiaal gemaakt van een of zeer weinig atomaire lagen koolstof, een hausse begonnen. Vandaag, dergelijke tweedimensionale materialen zijn niet langer beperkt tot koolstof en zijn veelbelovend voor veel toepassingen, vooral in de micro-elektronica. In het journaal Angewandte Chemie , wetenschappers hebben nu een nieuw 2D-materiaal geïntroduceerd:ze hebben met succes arseen (arseen in een grafeenachtige structuur) gemodificeerd met chloormethyleengroepen.

Tweedimensionale materialen zijn kristallijne materialen gemaakt van slechts een enkele of zeer weinig lagen atomen die vaak ongebruikelijke eigenschappen vertonen. Echter, het gebruik van grafeen voor toepassingen zoals transistors is beperkt omdat het zich meer als een geleider dan als een halfgeleider gedraagt. Gemodificeerd grafeen en 2D-materialen op basis van andere chemische elementen met halfgeleidende eigenschappen zijn nu ontwikkeld. Een dergelijk materiaal is β-arseen, een tweedimensionaal arseen in een geknikte honingraatstructuur afgeleid van grijs arseen. Onderzoekers hopen dat modificatie van dit voorheen zelden bestudeerde materiaal de halfgeleidende eigenschappen ervan zou kunnen verbeteren en de weg zou kunnen banen naar nieuwe toepassingen op gebieden zoals sensing, katalyse, opto-elektronica, en andere halfgeleidertechnologieën.

Een team van de University of Chemistry and Technology Prague (Tsjechië) en de Nanyang Technical University (Singapore), onder leiding van Zdeněk Sofer en Martin Pumera heeft nu met succes een veelbelovende covalente modificatie van β-arseen geproduceerd.

Het arseen werd geproduceerd door grijs arseen te malen in tetrahydrofuran. Door de schuifkrachten splitsen tweedimensionale lagen zich af en verspreiden zich in het oplosmiddel. De onderzoekers introduceren vervolgens dichloormethaan en voegen daar een organische lithiumverbinding (butyllithium) aan toe. Deze twee reagentia vormen een tussenproduct genaamd chloorcarbeen, een molecuul gemaakt van één koolstofatoom, een waterstofatoom, en een chlooratoom. Het koolstofatoom is kort twee bindingspartners, een toestand die de hele klasse van carbeenmoleculen zeer reactief maakt. Arseen bevat vrije elektronenparen die "uitsteken" van het oppervlak en gemakkelijk bindingen kunnen aangaan met chloorcarbeen.

Deze benadering leidt tot een hoge dekking van het arseenoppervlak met chloormethyleengroepen, zoals bevestigd door een verscheidenheid aan analysemethoden (röntgenfoto-elektronenspectroscopie, FT-IR-spectroscopie, elementanalyse door transmissie-elektronenmicroscopie). Het gemodificeerde arseen is stabieler dan puur arseen en vertoont sterke luminescentie en elektronische eigenschappen die het aantrekkelijk maken voor opto-elektronische toepassingen. In aanvulling, de chloormethyleen-eenheden zouden als startpunt kunnen dienen voor verdere interessante modificaties.