В России разработан новый синтетический двумерный материал
Новинка найдет применение в нанофотонике, фото- и электрокатализе, в производстве электродных материалов. Речь идет о новых основанных на структуре минерала валлериита двумерных сульфидно-гидроксидных материалах. В Красноярском научном центре Сибирского отделения Российской академии наук (ФИЦ КНЦ СО РАН) создан также простой и надежный метод их синтеза.
Как сообщает Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН, в настоящее время внимание ученых всего мира привлекают двумерные материалы атомарной толщины. Бум исследований начался с графена, за открытие которого физики российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новоселов в 2010 году получили Нобелевскую премию. Считается, что уникальные свойства таких структур позволят создать принципиально новые устройства электроники и спинтроники, источники тока, катализаторы, и многое другое. Число известных типов двухмерных материалов пока невелико. Между тем, в природе существуют минералы семейства валлериита, образованные чередующимися атомными слоями гидроксида магния и сульфидов железа и меди, а также других металлов. Однако ранние попытки синтезировать валлериит не приводили к должному результату: продукты содержали слишком много побочных примесей.
Коллектив ученых Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр СО РАН» разработал простой метод автоклавного, при повышенной температуре и давлении, синтеза чистых и модифицированных слоистых материалов. Гидротермальным синтезом исследователям удалось получить новый материал, состоящий из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев, аналогичный природному минералу валлерииту. Он представляет собой «нанохлопья» размером 100-200 нанометров и толщиной порядка десятка атомных слоев – 10-20 нанометров. Его можно использовать как «кирпичики» для получения нанопленок и коллоидных дисперсий. После изучения нового материала, исследователи обнаружили, что его характеристики можно изменять, вводя в состав различные добавки, например, атомы алюминия или хрома. Это также дает возможность синтезировать на основе нового материала и разработанного метода аналоги других минералов со слоистой структурой.
Как считает руководитель работ по созданию и исследованию свойств новых двумерных материалов, главный научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН, доктор химических наук Юрий Михлин, «полученные результаты показывают, что валлериит может быть платформой для разработки новых многофункциональных материалов с регулируемыми свойствами. Изменяя состав, в частности, распределение железа между гидроксидными и сульфидными слоями и их заряды, можно управлять электронными, магнитными, оптическими, химическими свойствами наноразмерных композитов. Найденные необычные характеристики «валлериитов» делают их новым перспективным семейством 2D-материалов, которые могут найти применение в нанофотонике, фото- и электрокатализе, в производстве электродных материалов».
