Forskare vid Chalmers tekniska högskola, Sverige, tillsammans med kollegor från andra universitet, har upptäckt möjligheten att förbereda enatoms tunn platina för användning som en kemisk sensor. Resultaten publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Advanced Material Interfaces.
Ett schema över platinaatomer avsatta på ytan av kol-buffertskiktet, "som är ett grafenliknande 2D-isoleringsmaterial som odlas epitaxiellt på kiselkarbid, som möjliggör tvådimensionell tillväxt av platina.
"I ett nötskal, vi lyckades göra ett metallskikt som bara är en atoms tjockt – ett slags nytt material. Vi fann att denna atomärt tunna metall är superkänslig för sin kemiska miljö. Dess elektriska motstånd förändras avsevärt när den interagerar med gaser, " förklarar Kyung Ho Kim, postdoc vid Quantum Device Physics Laboratory vid institutionen för mikroteknologi och nanovetenskap på Chalmers, och huvudförfattare till artikeln.
Kärnan i forskningen är utvecklingen av 2D-material bortom grafen.
"Atomtunn platina kan vara användbar för ultrakänslig och snabb elektrisk detektering av kemikalier. Vi har studerat fallet med platina i detalj, men andra metaller som palladium ger liknande resultat, " säger Samuel Lara Avila, Docent vid Quantum Device Physics Laboratory och en av artikelförfattarna.
Forskarna använde den känsliga kemisk-till-elektriska omvandlingsförmågan hos atomärt tunn platina för att upptäcka giftiga gaser på delar per miljard nivå. De visade detta med detektering av bensen, en förening som är cancerframkallande även i mycket små koncentrationer, och för vilka det inte finns någon billig detektionsapparat.
"Detta nya tillvägagångssätt, använder atomärt tunna metaller, är mycket lovande för framtida tillämpningar för övervakning av luftkvalitet, säger Jens Eriksson, Chef för enheten för tillämpad sensorvetenskap vid Linköpings universitet och medförfattare till uppsatsen.
Att öka känsligheten hos gassensorer i fast tillstånd genom att inkorporera nanostrukturerade material som det aktiva avkänningselementet kan kompliceras av effekter på gränssnitten. Gränssnitt mot nanopartiklar, korn, eller kontakter kan resultera i icke-linjär ström-spänningsrespons, högt elektriskt motstånd, och slutligen, elektriskt brus som begränsar sensoravläsningen.
Detta arbete rapporterar möjligheten att förbereda elektriskt kontinuerliga platinaskikt på en atomtjocklek, genom fysisk ångavsättning på kolnollskiktet (även känt som buffertskiktet) odlat epitaxiellt på kiselkarbid. Med ett 3–4 Å tunt Pt-lager, metallens elektriska ledningsförmåga är starkt modulerad när den interagerar med kemiska analyter, på grund av att avgifter överförs till/från Pt. Den starka interaktionen med kemiska arter, tillsammans med materialets skalbarhet, möjliggör tillverkning av kemimotståndsenheter för elektrisk avläsning av kemiska arter med subpart-per-billion (ppb) detektionsgränser. Det 2D-system som bildas av atomärt tunt Pt på kolnollskiktet på SiC öppnar en väg för elastisk och högkänslig kemisk detektion och kan vara vägen för att designa nya heterogena katalysatorer med överlägsen aktivitet och selektivitet.
