Monocamadas de ouro bidimensionais nanoestruturadas ampliam as possibilidades de catálise, eletrônica e conversão de energia

Os pesquisadores criaram monocamadas de ouro bidimensionais (2D) nanoestruturadas quase independentes, um feito impressionante da engenharia de nanomateriais que poderia abrir novos caminhos em catálise, eletrônica e conversão de energia.

A pesquisa foi publicada em Comunicações da Natureza.

O ouro é um metallic inerte que normalmente forma uma estrutura sólida tridimensional (3D). No entanto, na sua forma 2D, pode desbloquear propriedades extraordinárias, tais como comportamentos eletrónicos únicos, maior reatividade superficial e imenso potencial para aplicações revolucionárias em catálise e eletrônica avançada.

Um dos desafios na síntese de monocamadas de ouro 2D tem sido a estabilização de ligações metálicas isotrópicas em formas estritamente 2D. Para resolver isso, a equipe de pesquisa da Universidade de Lund e da Universidade de Hokkaido empregou uma nova abordagem ascendente combinada com cálculos de alto desempenho, permitindo a criação de monocamadas de ouro macroscopicamente grandes com padrões nanoestruturados únicos, notável estabilidade térmica e potencial utilidade catalítica.

A equipe cultivou monocamadas de ouro em um substrato de irídio e incorporou átomos de boro na interface entre ouro e irídio. Essa técnica inovadora produziu folhas de ouro monoatômicas suspensas, que apresentavam estrutura hexagonal com padrões triangulares em nanoescala. A incorporação de boro melhorou a estabilidade e a integridade estrutural das camadas de ouro, permitindo a formação de nanoestruturas.

“A facilidade de preparação e a estabilidade térmica dos filmes de ouro resultantes são significativas, tornando-os uma plataforma prática para estudos adicionais de propriedades fundamentais de metais elementares 2D e seu potencial para diversas aplicações em eletrônica e nanotecnologia”, explica o Dr. Alexei Preobrajenski do Laboratório MAX IV, Universidade de Lund, e autor correspondente do estudo.

Técnicas avançadas de caracterização, incluindo microscopia de varredura por tunelamento (STM) e espectroscopia de raios X, foram empregadas para investigar as propriedades estruturais e eletrônicas dos filmes de ouro.

A análise confirmou que a incorporação de boro facilita a transição da ligação metálica 3D para principalmente 2D, alterando fundamentalmente o comportamento eletrônico das camadas de ouro. Esta transformação sublinha a natureza única dos filmes sintetizados, uma vez que os métodos tradicionais normalmente não conseguem manter uma forma metálica 2D estável, conduzindo, em vez disso, a estruturas pequenas ou instáveis.

A capacidade de criar monocamadas metálicas estáveis ​​e quase independentes em uma grande área tem implicações de longo alcance.

“Esta pesquisa abre caminhos para testar teorias e explorar ainda mais as aplicações potenciais de metais 2D em vários campos, incluindo catálise e conversão de energia”, diz o professor associado Andrey Lyalin, da Faculdade de Ciências da Universidade de Hokkaido, e outro autor correspondente do artigo. o estudo.

Ao abordar os desafios da estabilização de materiais metálicos 2D, este estudo contribui para a crescente compreensão dos materiais 2D e estabelece as bases para potenciais aplicações tecnológicas.