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将三维材料变二维,合成新型极薄材料的方法问世

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发布时间:Tuesday, March 19, 2024 来源:科技日报 已经查看了7833次

二维材料非常薄,只有几个原子厚,具有独特的性质,使其在能量存储、催化和水净化等方面极具吸引力。瑞典林雪平大学研究人员开发出一种能够合成数百种新型二维材料的方法。研究发表在最新一期的《科学》杂志上。 自从石墨烯被发现以来,有关极薄材料(即所谓的二维材料)的研究呈指数级增长。二维材料相对于其体积或重量具有极大的表面积,因此产生了一系列物理现象和独特的性能,例如良好的导电性、高强度或耐热性,使得二维材料在基础研究和应用中都受到关注。 最大的二维材料家族是MXene,由称为MAX相的三维母体材料创建。它由3种不同的元素组成:M是过渡金属,A是(A族)元素,X是碳或氮。通过用酸去除A元素(剥离),可创建二维材料。但到目前为止,MXene是唯一以这种方式创建的材料系列。 研究人员引入了一种理论方法来预测其他可能适合转换为二维材料的三维材料,并证明了理论模型与现实是一致的。 研究人员采用了3步过程。首先,他们开发了一个理论模型来预测哪些母材是合适的。通过瑞典国家超级计算机中心的大规模计算,研究人员从包含66643种材料的数据库中识别出119种有前途的三维材料。 其次,他们尝试在实验室中制造这种材料。研究人员从母体材料YRu2Si2中去除了钇(Y),从而形成了二维的Ru2SixOy。 最后一步是进行实验室验证,他们使用扫描透射电子显微镜Arwen在原子水平上检查材料及其结构。利用Arwen还可使用光谱法研究材料由哪些原子组成。 研究证明了理论模型确实有效,并且所得材料由正确的原子组成。该理论可付诸实践,从而将化学剥离的概念扩展到比MXene更广泛的材料中。