Onderzoekers van de Tokyo Metropolitan University hebben een nieuwe manier bedacht om atomair dunne laagjes atomen in ‘nanoscrolls’ te rollen. Hun unieke aanpak maakt gebruik van overgangsmetaaldichalcogenideplaten met aan weerszijden een andere samenstelling, waardoor een strakke rol ontstaat die scrolls oplevert met een diameter tot vijf nanometer in het midden en een lengte van micrometer. Controle over de nanostructuur in deze rollen belooft nieuwe ontwikkelingen op het gebied van katalyse en fotovoltaïsche apparaten.

Nanotechnologie geeft ons nieuwe tools om de structuur van materialen op nanoschaal te controleren, en belooft een hele reeks nano-tools voor ingenieurs om materialen en apparaten van de volgende generatie te creëren.

In de voorhoede van deze beweging heeft een team onder leiding van universitair hoofddocent Yasumitsu Miyata van de Tokyo Metropolitan University manieren bestudeerd om de structuur van overgangsmetaaldichalcogeniden (TMDC) te controleren, een klasse verbindingen met een breed scala aan interessante eigenschappen, zoals flexibiliteit. , supergeleiding en unieke optische absorptie.

In hun nieuwste werk, gepubliceerd in ACS Nano ze richtten hun blik op nieuwe manieren om nanoscrolls te maken, nanosheets opgerold in strakke scrollachtige structuren. Dit is een aantrekkelijke benadering voor het maken van meerwandige structuren:aangezien de structuur van elke plaat hetzelfde is, zijn de oriëntaties van de afzonderlijke lagen met elkaar uitgelijnd. De twee bestaande manieren om nanoscrolls te maken brengen echter aanzienlijke problemen met zich mee.

In de eerste plaats veroorzaakt het verwijderen van zwavelatomen van het oppervlak van het nanoblad vervormingen waardoor het blad oprolt; maar door dit te doen vernietigen ze de kristalstructuur van de plaat. In de andere wordt een oplosmiddel tussen de nanosheet en het substraat geïntroduceerd, waardoor de sheet loskomt van de basis en de vorming van defectvrije nanoscrolls mogelijk wordt. Buisvormige constructies die op deze manier zijn gemaakt, hebben echter vaak een grote diameter.

In plaats van dit soort benaderingen heeft het team een ​​nieuwe manier bedacht om de lakens op te laten rollen. Beginnend met een monolaag molybdeenselenide nanosheet, behandelden ze de nanosheet met een plasma en vervingen de seleniumatomen aan één kant door zwavel; Dergelijke structuren worden Janus-nanosheets genoemd, naar de oude god met twee gezichten. Een zachte toevoeging van een oplosmiddel maakt de vellen vervolgens los van de basis, die vervolgens spontaan in krullen rollen vanwege de asymmetrie tussen de zijkanten.

Deze nieuwe nanoscrolls zijn meerdere microns lang, aanzienlijk langer dan eerder gemaakte enkelwandige TMDC-nanosheets. Bovendien bleken ze strakker opgerold te zijn dan ooit tevoren, met een centrum tot slechts vijf nanometer in diameter, wat aan de theoretische verwachtingen voldeed. Er werd ook vastgesteld dat de rollen een sterke wisselwerking hebben met gepolariseerd licht en waterstofproducerende eigenschappen hebben.

Met ongekende controle over de nanostructuur vormt de nieuwe methode van het team de basis voor het bestuderen van nieuwe toepassingen van TMDC-nanoscrolls voor katalyse en fotovoltaïsche apparaten.

Meer informatie: Masahiko Kaneda et al, Nanoscrolls van Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenides, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c05681

Aangeboden door Tokyo Metropolitan University