Det centrala schematiska diagrammet visar fasettövergångsprocessen för 2D REOs enkristaller via ytenergitekniken assisterad av FCA. SEM-bilderna runt visar en serie 2D REO enkristaller som exponerar olika aspekter, skalstreck:1 μm. Kredit:Science China Press
Sedan grafen tilldelades Nobelpriset 2010 har tvådimensionella (2D) material fortsatt att locka forskarnas uppmärksamhet inom logik, lagring, optoelektronisk och fotonisk 2D-enhetstillverkning på grund av atomtjockleken och utmärkta prestanda. Baserat på forskning om grafen har forskare upptäckt några andra 2D-material, såsom skiktade övergångsmetalldikalkogenider (TMD), hexagonal bornitrid (h-BN) och icke-skiktade III–V-grupphalvledare.
Nyligen har 2D sällsynta jordartsmetalloxider (REO) uppstått som en unik och lovande familj av icke-lagermaterial. Den ofyllda 4f orbitaler av sällsynta jordartsmetaller är skyddade av det helt fyllda yttre skalet, alltså den oparade 4f elektroner av sällsynta jordartsmetalljoner är vanligtvis inte involverade i kemiska reaktioner, vilket leder till lovande egenskaper i luminescens, magnetiska, elektronik och katalytiska aktiviteter. 2D REO kombinerar de unika egenskaperna hos sällsynta jordartsmetaller och har använts i stor utsträckning inom optik, magnetism, högeffektiva katalysatorer, transistorer, biomedicin och andra områden.
Dessutom har det rapporterats att kristallfacetten också har ett visst inflytande på egenskaperna hos 2D-materialen. Därför är det mycket viktigt att kontrollerat syntetisera 2D-material med specifika aspekter. Men på grund av dess icke-skiktade struktur är det utmanande att kontrollera den 2D anisotropa tillväxten av materialet. Dessutom, eftersom 2D-material kommer att exponera den mest stabila aspekten med lägst energi, är det särskilt viktigt att kontrollera materialens termodynamik.
Som svar på dessa utmaningar, nyligen, i en nyligen publicerad forskningsartikel publicerad i National Science Review , presenterade forskare vid Wuhan University, Kina ett nytt paradigm och insåg den facettkontrollerbara syntesen av en serie icke-skiktade 2D REO:er. Introduktion av en facet controlling assistor (FCA) kan styra 2D-kärnbildningen av de förutbestämda fasetterna och justera tillväxtläget och riktningen för kristaller.
Författarna konstaterade:"Enligt teorin om hård-mjuk-syra-bas (HSAB) är RE-joner hårda syror och föredrar att ha affiniteter mot basen. Vi använde NH4 X som FCA och halidjoner som hör till basen fungerar som den aktiva assistenten. Införandet av FCA kontrollerar inte bara 2D-kärnbildningen av de förutbestämda aspekterna och främjar den 2D-anisotropiska tillväxten av REO, utan leder också till förändringen i den relativa ytenergin för varje aspekt med den ökande koncentrationen av FCA och bestämmer så småningom den slutliga exponeringsfacetten. . Strategin kan utökas till facettkontrollerbar syntes av en serie 2D REO enkristaller, inklusive lätta REOs (CeO2 , Nd2 O3 ), mellan REO (Sm2 O3 , Eu2 O3 ), och tunga REO (Dy2 O3 , Ho2 O3 , Y2 O3 ), respektive."
Ta vd2 som ett exempel studerade de systematiskt de atomära strukturella skillnaderna hos den odlade 2D CeO2 (111) och vd2 (100) enkristaller. Dessutom genomförde de experiment och DFT-beräkningar för att bekräfta mekanismen ytterligare. Det har visat sig att med en låg koncentration av FCA, den beräknade ytenergin för CeO2 (111) är lägre och 2D CeO2 (111) föredras att erhållas. Med den ökande koncentrationen av FCA, den beräknade ytenergin för CeO2 (100) är lägre och motsvarande kristallmorfologi blir kvadratisk. De undersökte också de facettrelaterade paramagnetiska egenskaperna hos 2D REOs enkristaller.
"Vårt mångsidiga arbete ger nya insikter för att realisera den anisotropiska tillväxten av icke-skiktade 2D REO-material och berikar 2D-materialfamiljen", säger prof. Lei Fu. "Särskilt, den höga manövrerbarheten hos denna strategi öppnar möjligheter för att designa nya material, studera deras egenskaper och potentiella tillämpningar inom ett brett spektrum." + Utforska vidare
