Scanning-tunneling microscopie (STM)-afbeelding die de vorming illustreert van nanostructurering in de gouden monolaag op iridium bij blootstelling aan boorflux (a), en de theoretisch verkregen structuur van dit systeem, waarbij de eenheidssupercel wordt aangegeven door een witte ruit, overlappend (zwart vierkant) met zijn close-up atomair opgeloste STM-afbeelding (b). Krediet: Alexei Preobrajenski, et al. Natuurcommunicatie. 10 december 2024
Onderzoekers hebben vrijwel vrijstaande nanogestructureerde tweedimensionale (2D) gouden monolagen gecreëerd, een indrukwekkend staaltje nanomateriaaltechniek dat nieuwe wegen zou kunnen openen op het gebied van katalyse, elektronica en energieconversie.
Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.
Goud is een inert metaal dat doorgaans een solide driedimensionale (3D) structuur vormt. In zijn 2D-vorm kan het echter buitengewone eigenschappen ontsluiten, zoals uniek elektronisch gedrag, verbeterde oppervlaktereactiviteit en een enorm potentieel voor revolutionaire toepassingen in de katalyse en geavanceerde elektronica.
Een van de uitdagingen bij het synthetiseren van 2D-goudmonolagen is het stabiliseren van isotrope metaalbindingen in strikt 2D-vormen. Om dit aan te pakken, heeft het onderzoeksteam van Lund University en Hokkaido University een nieuwe bottom-up benadering gebruikt, gecombineerd met krachtige berekeningen, waardoor de creatie van macroscopisch grote goudmonolagen met unieke nanogestructureerde patronen, opmerkelijke thermische stabiliteit en potentieel katalytisch nut mogelijk is.
Het team kweekte gouden monolagen op een iridiumsubstraat en ingebedde booratomen op het grensvlak tussen goud en iridium. Deze innovatieve techniek produceerde zwevende mono-atomaire goudplaten, die een zeshoekige structuur hadden met driehoekige patronen op nanoschaal. Het opnemen van boor verbeterde de stabiliteit en structurele integriteit van de goudlagen, waardoor de nanostructuren zich konden vormen.
“Het bereidingsgemak en de thermische stabiliteit van de resulterende goudfilms zijn aanzienlijk, waardoor ze een praktisch platform zijn voor verder onderzoek naar fundamentele eigenschappen van elementaire 2D-metalen en hun potentieel voor diverse toepassingen in de elektronica en nanotechnologie”, legt Dr. Alexei Preobrajenski van de MAX IV Laboratory, Lund University, en een corresponderende auteur van het onderzoek.
Geavanceerde karakteriseringstechnieken, waaronder scanning tunneling microscopie (STM) en röntgenspectroscopie, werden gebruikt om de structurele en elektronische eigenschappen van de goudfilms te onderzoeken.
De analyse bevestigde dat het inbedden van boor een overgang van 3D naar voornamelijk 2D-metaalbinding mogelijk maakt, waardoor het elektronische gedrag van de goudlagen fundamenteel verandert. Deze transformatie onderstreept het unieke karakter van de gesynthetiseerde films, omdat traditionele methoden er doorgaans niet in slagen een stabiele 2D-metaalvorm te behouden, wat in plaats daarvan leidt tot kleine of onstabiele structuren.
Het vermogen om stabiele en vrijwel vrijstaande metalen monolagen over een groot gebied te creëren heeft verstrekkende gevolgen.
“Dit onderzoek opent mogelijkheden voor het testen van theorieën en verder onderzoek naar de mogelijke toepassingen van 2D-metalen op de verschillende gebieden, waaronder katalyse en energieconversie”, zegt universitair hoofddocent Andrey Lyalin van de Faculteit Wetenschappen van de Universiteit van Hokkaido, en de andere corresponderende auteur van de studie.
Door de uitdagingen van het stabiliseren van 2D-metalen materialen aan te pakken, draagt deze studie bij aan het groeiende begrip van 2D-materialen en legt ze de basis voor potentiële technologische toepassingen.
Meer informatie:
Door boor geïnduceerde transformatie van ultradunne Au-films in tweedimensionale metalen nanostructuren, Natuurcommunicatie (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54464-y
Tijdschriftinformatie:
Natuurcommunicatie
Geleverd door de Universiteit van Hokkaido
