Ett team av forskare ledda av Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory har utvecklat ett nytt sätt att producera tvådimensionella nanoark genom att separera bulkmaterial med giftfritt flytande kväve. Den miljövänliga processen genererar en 20-faldig ökning av ytan per ark, vilket skulle kunna utöka nanomaterialens kommersiella tillämpningar.

"Det är faktiskt en väldigt enkel procedur, " sa ORNL kemisten Huiyuan Zhu, som var medförfattare till en studie publicerad i Angewandte Chemie International Edition . "Vi värmde kommersiellt tillgänglig bornitrid i en ugn till 800 grader Celsius för att expandera materialets 2D-lager. Sedan, vi doppade omedelbart materialet i flytande kväve, som tränger igenom mellanskikten, förgasas till kväve, och exfolierar, eller separerar, materialet i ultratunna lager."

Nanoskivor av bornitrid skulle kunna användas vid separation och katalys, som att omvandla kolmonoxid till koldioxid i bensindrivna motorer. De kan också fungera som ett absorberande medel för att torka upp farligt avfall. Zhu sa att lagets kontrollerade gasexfolieringsprocess skulle kunna användas för att syntetisera andra 2D nanomaterial som grafen, som har potentiella tillämpningar i halvledare, solceller, elektroder och vattenrening.

På grund av mångsidigheten och den kommersiella potentialen hos en atomtjocka 2D-nanomaterial, forskare letar efter effektivare sätt att producera större ark. Nuvarande exfolieringsmetoder använder starka kemikalier som producerar farliga biprodukter och minskar mängden yta per nanoark, sa Zhu.

"I detta speciella fall, ytarean på bornitridnanoskivorna är 278 kvadratmeter per gram, och det kommersiellt tillgängliga bornitridmaterialet har en yta på endast 10 kvadratmeter per gram, " sa Zhu. "Med 20 gånger större yta, bornitrid kan användas som ett bra stöd för katalys."

Ytterligare forskning planeras för att utöka ytan av bornitrid nanoskivor och även testa deras genomförbarhet för att rensa upp motoravgaser och förbättra effektiviteten hos vätebränsleceller.