Araştırmacılar, yarı iletken tipi MXene benzeri iki boyutlu geçiş metali karbür malzemeleri sentezliyor
Esnek ve şeffaf elektronik teknolojisinin yükselişi ile birlikte, iki boyutlu yarı iletken malzemeler son yıllarda çok ilgi görmüştür.Özellikle doğrudan bant aralığı özellikleri bu iki boyutlu yapıları optoelektronik alanındaki uygulamalar için umut verici kılmaktadır. Son on yılda, araştırmacılar, MoS2 ve fosforen gibi doğrudan bant boşlukları olan tipik iki boyutlu yarı iletken malzemeleri art arda geliştirdiler. Bununla birlikte, MoS2'nin bant boşluğu katmana bağlıdır ve doğrudan bant aralığı yalnızca tek katmanlı bir yapıda gerçekleştirilebilirken, bir hava ortamında fosforenin kimyasal özellikleri kararsızdır. Bu nedenle, son yıllarda, bu iki boyutlu yapıları optimize etmeye ve daha fazla iki boyutlu yarı iletken ekip üyesini keşfetmeye yönelik birçok çalışma yapılmıştır. İki boyutlu geçiş metali karbürleri (MXenes), 2011'den beri geliştirilen yeni bir iki boyutlu malzeme türüdür. Zengin kimyasal element bileşimi ve ayarlanabilir yüzey fonksiyonel grupları, özelliklerinin çeşitlendirilmesi için geniş bir alan sağlar. MXenes malzemesi esas olarak, M'nin bir geçiş öncesi metali temsil ettiği, A'nın esas olarak 13-16 gruplarından bir element olduğu ve X'in C ve / veya N olduğu, üç boyutlu katmanlı MAX faz malzemesinin A tabakasının Al atomlarının seçici olarak oyulmasıyla elde edilir. MXenes malzemesinin zengin kimyasal element bileşimi ve ayarlanabilir özellikleri, enerji depolama, elektromanyetik parazit koruma, kompozit malzemeler, su arıtma ve sensörler alanlarında iyi uygulama olanakları göstermesini sağlar. Genel olarak konuşursak, bu iki boyutlu karbürler içsel metaliklik sergiler ve birçoğu hem iletkenliğe hem de hidrofilikliğe sahiptir. Uygun yüzey fonksiyonel grubu Tx ayarı altında, Mo2CTx ve Mo2TiC2Tx gibi birkaç üye yarı iletken benzeri taşıma özellikleri sergiler ve teorik çalışma dolaylı bir bant boşluğuna sahip olduklarını gösterir. Teorik çalışma, MXene'lerin bazı üyelerinin doğrudan bant aralığı yarı iletken özelliklerine sahip olduğunu öngörse de, deneysel sentezde hala zorluklarla karşı karşıyadırlar. Bu nedenle, MXenes malzeme sistemini daha da zenginleştirmek ve doğrudan bant aralığı yarı iletken özelliklerine sahip üyelerin tanıtılması, MXenes malzemelerinin kimyasını ve yapısal çeşitliliğini genişletmek ve optoelektronik cihazlarda ve diğer alanlarda potansiyel uygulamalarını genişletmek için büyük önem taşımaktadır.
Çin Bilimler Akademisi, Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü İleri Enerji Malzeme Mühendisliği Laboratuvarı'nın ön teorik çalışması, Sc2C'nin MXenes sisteminde yarı iletken özellikleri yüzey fonksiyonel gruplarına bağlı olmayan tek üye olduğunu gösterdi.Ayrıca hidroksil işlevselleştirilmiş Sc2COH'nin doğrudan bantlara sahip olduğu tahmin ediliyor. Boşluk özellikleri. Ancak geçiş metali Sc'nin karşılık gelen Al içeren MAX faz yapısını oluşturması zordur. Kısa süre önce, İsveç'teki Linköping Üniversitesi'nden ekip, seçici aşındırmaya dayalı olarak üçlü Mo-Al-C sistemine Sc ekleyerek düzlem dışı o-MAX siparişini ve düzlem içi kimyasal olarak i-MAX katmanlı malzemeleri sentezledi. Mo2ScC2Tx ve Mo1.33CTx MXenes art arda elde edildi, ancak Al ve Sc atomlarının seçici aşındırması florür içeren çözeltide aynı anda gerçekleşti. Yukarıdaki çalışma, geleneksel düşünceye dayalı olarak, MAX fazını aşındırıcı flor içeren solüsyonda seçici olarak aşındırarak tüm Sc tabanlı MXene sentezlemenin çok zor olduğunu göstermektedir. Bu nedenle, yapısal tasarım yoluyla dağlanabilir bir öncü elde etmek ve yumuşak ve uyumlu bir dağlama kimyası oluşturmak, tüm Sc tabanlı MXene elde etmek için çok önemlidir. Gelişmiş Enerji Malzeme Mühendisliği Laboratuvarı, bir öncül olarak yeni bir tür MAX olmayan faz tabakalı malzeme kullanır ve bunu, Zr3Al3C5 ve Hf3 (AlSi) 4C6'da Al (Si) -C alt tabakasını aşındırmanın yeni bir yolu aracılığıyla MXenes sistemine arka arkaya sunar. Zr3C2Tx (Angewandte Chemie International Edition, 128 (16), 5092-5097) ve Hf3C2Tx (ACS nano11 (4), 3841-3850) MXenes ekip üyeleri. Bu temelde, laboratuvar araştırmacıları, ScAl3C3 öncülünün MAX benzeri bir yapısını sentezlediler.Görece yumuşak organik kostik TMAOH'da, ScAl3C3 fazındaki Al-C alt katmanı, iki boyutlu bir tam skandiyum sistemi elde etmek için seçici olarak oyuldu. Karbür ScCxOH. Fotoelektron enerji spektroskopisi, elektron enerji kaybı spektroskopisi ve transmisyon elektron mikroskobu gibi karakterizasyon yöntemleri, yüzeyin esas olarak -OH fonksiyonel grupları içerdiğini doğruladı. Değerlik elektron enerji kaybı spektroskopisine (VEELS) ve katodolüminesans spektroskopisine (CL) dayanan, İsveç'teki Linköping Üniversitesi'nden Profesör Per Persson ekibiyle işbirliği içinde, yeni Sc tabanlı iki boyutlu karbürün yaklaşık 2,5 eV'lik doğrudan bir bant boşluğuna sahip olduğu doğrulandı. Japonya Ulusal Malzeme Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü'nden Profesör Liao Meiyong'un ekibi ile işbirliği içinde, pul pul dökülmüş halde birkaç ScCxOH katmanı ile bir fotodetektör cihazı üretildi ve ultraviyole ve görünür bölgede (0.125A / W, 10V, 360nm) iyi fotoelektrik tepkiye sahip olduğu bulundu ve Yüksek kuantum verimliliği (~% 43), iyi geçici yanıt, açık bir tuzak etkisi eksikliği yok. Bu malzemenin duyarlılığı, grafen, birkaç katman MoS2 ve GaSe gibi iki boyutlu malzemelerden yapılmış fotodedektörlerle karşılaştırılabilir ve geleneksel GaN ince film fotodedektörlere yakındır (0.148 A W-1,% 51). Orta bant aralığı değerine sahip doğrudan bant aralıklı yarı iletken ScCxOH malzemenin görünür ışık dedektörü ve fotokataliz alanlarında uygulanması beklenmektedir.
Bu çalışma yakın zamanda ACS Nano dergisinde (DOI: 10.1021 / acsnano.8b06279) yayınlandı. İlgili araştırmalar, Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı, Ulusal Anahtar Araştırma ve Geliştirme Programı, Çin Bilimler Akademisi Sınır Bilim Anahtar Araştırma Programı, Wang Kuancheng Eğitim Fonu, Purdue Üniversitesi'nin ITaP hesaplama kaynakları ve Çin Bilimler Akademisi'nin disiplinlerarası inovasyon ekibi tarafından finanse edilerek desteklenmektedir.
ScCxOH sentezinin şematik diyagramı ve ilgili foto algılama cihazının foto-akım-gerilim eğrisi
Kaynak: Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
