Ett samarbetande forskarlag har tillverkat en fotbollsformad konstruktion med hjälp av kant-till-kant montering av 2D-halvledarmaterial. Forskningen har visats på omslaget till onlineupplagan av Angewandte Chemie International Edition journal.
Forskargruppen, ledd av professor In Su Lee och Ph.D. kandidat Sun Woo Jang från Institutionen för kemi vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), tillsammans med professor Kwangjin An från Institutionen för energi och kemiteknik vid Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), kontrollerade framgångsrikt interaktionen mellan kanterna på nanoskivor av 2D-kiseldioxid (2D-SiNS) för att skapa en fotbollsliknande struktur.
Den plana strukturen hos 2D nanosheets uppvisar unika mekaniska och optiska egenskaper, vilket gör dem mångsidiga i halvledarenheter, katalysatorer, sensorer och många andra sektorer. Den starka attraktionen av intermolekylära krafter (van der Waals) mellan ark resulterar vanligtvis i en struktur där ytorna är i direkt kontakt, vilket äventyrar mekanisk stabilitet för katalytisk funktionalitet.
I studien utvecklade forskargruppen en kant-till-kant monteringsteknik för 2D-SiNS. I fallet med 2D-SiNS varierar laddningsfördelningen baserat på ytans krökning eller strukturella egenskaper, och typiskt är kantområdet känsligt för skillnader i laddningsfördelning.
Forskargruppen utnyttjade denna egenskap för att inducera interaktioner mellan kanterna på 2D-SiNS. Till skillnad från traditionell montering ansikte mot ansikte fokuserar denna teknik på montering av kanter.
Detta genombrott gjorde det möjligt för forskarna att sätta samman 2D-SiNS till ihåliga fotbollsbollsformade strukturer, vilket visade exceptionell mekanisk stabilitet och hållbarhet även under utmanande förhållanden, inklusive höga temperaturer och olika lösningsmedel. Dessutom förhindrade denna struktur oavsiktlig aggregering av nanostrukturer och hämmade bildningen av koks, vilket hämmar katalytisk aktivitet.
Sådana strukturella egenskaper ökade avsevärt den sammansatta 2D-SiNS-ytan, vilket förbättrade effektiviteten av katalytiska reaktioner och underlättade den smidiga rörelsen av reaktanter. Viktigt är att när den utsattes för kontinuerliga reaktioner vid höga temperaturer visade den enastående katalytisk aktivitet och hållbarhet vid framställning av väte och kolmonoxid från metan och koldioxid.
Studiens ledande forskare, professor In Su Lee, sa:"Jag är glad inte bara över den förbättrade förståelsen av materialsammansättning i nanoskala utan också över att vi banar väg för utvecklingen av stabila och funktionella 2D-nanomaterial."
Mer information: Sun Woo Jang et al, Soccer Ball-like Assembly of Edge-to-edge Oriented 2D-silica Nanosheets:A Promising Catalyst Support for High-Temperature Reforming, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316630
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
