I kölvattnet av den senaste upptäckten av en platt form av gallium, ett internationellt team som leds av forskare från Rice University har skapat ytterligare ett tvådimensionellt material som forskarna sa skulle kunna vara en spelväxlare för solbränsleproduktion.Rismaterialforskaren Pulickel Ajayan och kollegor extraherade 3-atomtjock hematene från vanlig järnmalm. Forskningen introducerades i ett papper idag Naturnanoteknik .

Hematen kan vara en effektiv fotokatalysator, särskilt för att dela vatten i väte och syre, och kan också fungera som ett ultratunt magnetiskt material för spintronic-baserade enheter, sa forskarna.

"2D -magnetism blir ett mycket spännande område med de senaste framstegen när det gäller syntetisering av sådana material, men syntesteknikerna är komplexa och materialens stabilitet är begränsad, "Sa Ajayan." Här, vi har en enkel, skalbar metod, och hematenstrukturen ska vara miljöstabil. "

Ajayans lab arbetade med forskare vid University of Houston och i Indien, Brasilien, Tyskland och på andra håll för att exfoliera materialet från naturligt förekommande hematit med hjälp av en kombination av ultraljudsbehandling, centrifugering och vakuumassisterad filtrering.

Hematit var redan känt för att ha fotokatalytiska egenskaper, men de är inte tillräckligt bra för att vara användbara, sa forskarna.

"För att ett material ska vara en effektiv fotokatalysator, den ska absorbera den synliga delen av solljus, generera elektriska laddningar och transportera dem till materialets yta för att utföra den önskade reaktionen, "sade Oomman Varghese, medförfattare och docent i fysik vid University of Houston.

"Hematit absorberar solljus från ultraviolett till den gulorange regionen, men de avgifter som produceras är mycket kortlivade. Som ett resultat, de utrotas innan de når ytan, " han sa.

Hematen fotokatalys är mer effektiv eftersom fotoner genererar negativa och positiva laddningar inom några atomer av ytan, sa forskarna. Genom att para ihop det nya materialet med titandioxid -nanorörsarrayer, som ger en enkel väg för elektroner att lämna hematen, forskarna fann att de kunde tillåta mer synligt ljus att absorberas.

Forskarna upptäckte också att hematens magnetiska egenskaper skiljer sig från hematitens. Medan inhemsk hematit är antiferromagnetisk, tester visade att hematen är ferromagnetisk, som en vanlig magnet. I ferromagneter, atoms magnetiska ögonblick pekar i samma riktning. I antiferromagneter, stunderna i intilliggande atomer växlar.

Till skillnad från kol och dess 2D -form, grafen, hematit är ett icke-van der Waals-material, vilket betyder att den hålls samman av 3D-bindningsnätverk snarare än icke-kemiska och jämförelsevis svagare atomiska van der Waals-interaktioner.

"De flesta 2D -material hittills har härletts från bulkmotsatser som är skiktade i naturen och allmänt kända som van der Waals fasta ämnen, "säger medförfattaren professor Anantharaman Malie Madom Ramaswamy Iyer vid Cochin University of Science and Technology, Indien. "2D-material från bulkprekursorer med (icke-van der Waals) 3D-bindningsnät är sällsynta, och i detta sammanhang får hematen stor betydelse. "

Enligt medförfattaren Chandra Sekhar Tiwary, en tidigare postdoktor vid Rice och nu assisterande professor vid Indian Institute of Technology, Gandhinagar, medarbetarna utforskar andra icke-van der Waals-material för sin 2D-potential.