![Platina met één atoom is een geweldige chemische sensor](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800/2020/singleatomth.jpg)
Onderzoekers van Chalmers University of Technology, Zweden, hebben samen met collega’s van andere universiteiten de mogelijkheid ontdekt om platina van één atoom dun te prepareren voor gebruik als chemische sensor. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Advanced Material Interfaces.
Een schema van platina-atomen die zijn afgezet op het oppervlak van de koolstof “bufferlaag”, een grafeenachtig 2-D isolatiemateriaal dat epitaxiaal is gegroeid op siliciumcarbide, dat tweedimensionale groei van platina mogelijk maakt.
“In een notendop: we zijn erin geslaagd om een metaallaag van slechts één atoom dik te maken – een soort nieuw materiaal. We ontdekten dat dit atoomdunne metaal supergevoelig is voor zijn chemische omgeving. De elektrische weerstand verandert aanzienlijk wanneer het in wisselwerking staat met gassen. ‘, legt Kyung Ho Kim uit, postdoc bij het Quantum Device Physics Laboratory bij de afdeling Microtechnology and Nanoscience in Chalmers, en hoofdauteur van het artikel.
De essentie van het onderzoek is de ontwikkeling van 2-D-materialen die verder gaan dan grafeen.
“Atoomdun platina zou nuttig kunnen zijn voor ultragevoelige en snelle elektrische detectie van chemicaliën. We hebben het geval van platina tot in detail bestudeerd, maar andere metalen zoals palladium leveren vergelijkbare resultaten op”, zegt Samuel Lara Avila, universitair hoofddocent bij het Quantum Device Physics Laboratory en een van de auteurs van het artikel.
De onderzoekers gebruikten het gevoelige chemisch-naar-elektrische transductievermogen van atomair dun platina om giftige gassen te detecteren op het niveau van deeltjes per miljard. Ze lieten dit zien met de detectie van benzeen, een stof die al in zeer kleine concentraties kankerverwekkend is en waarvoor geen goedkope detectieapparatuur bestaat.
“Deze nieuwe benadering, waarbij atoomdunne metalen worden gebruikt, is veelbelovend voor toekomstige bewakingstoepassingen voor luchtkwaliteit”, zegt Jens Eriksson, hoofd van de Applied sensor science unit aan de Linköping University en co-auteur van het artikel.
Het vergroten van de gevoeligheid van gassensoren in vaste toestand door nanogestructureerde materialen op te nemen als het actieve detectie-element kan worden bemoeilijkt door effecten op de grensvlakken. Interfaces bij nanodeeltjes, korrels of contacten kunnen resulteren in niet-lineaire stroom-spanningsrespons, hoge elektrische weerstand en uiteindelijk elektrische ruis die de uitlezing van de sensor beperkt.
Dit werk rapporteert de mogelijkheid om elektrisch continue platina lagen te vervaardigen op een atoomdikte, door fysieke opdamping op de koolstof nul laag (ook bekend als de bufferlaag) epitaxiaal gegroeid op siliciumcarbide. Met een 3–4 Å dunne Pt-laag, wordt de elektrische geleidbaarheid van het metaal sterk gemoduleerd bij interactie met chemische analyten, doordat ladingen worden overgedragen van / naar Pt. De sterke interactie met chemische soorten, samen met de schaalbaarheid van het materiaal, maakt de fabricage mogelijk van chemiresistor-apparaten voor het elektrisch uitlezen van chemische soorten met detectielimieten van minder dan een deel per miljard (ppb). Het 2-D-systeem gevormd door atomair dun Pt op de koolstofnullaag op SiC opent een route voor veerkrachtige en zeer gevoelige chemische detectie en kan de weg zijn voor het ontwerpen van nieuwe heterogene katalysatoren met superieure activiteit en selectiviteit.
Kyung Ho Kim et al. Chemische detectie met atomair dun platina op sjablonen van een 2D-isolator, Geavanceerde materiaalinterfaces (2020). DOI: 10.1002 / admi.201902104
Geleverd door Chalmers University of Technology