Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite
با کشف گرافن، نانوساختارهای دو-بعدی (2D) به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی فوق العاده در زمینه های مختلف، با سرعت بیشتری مورد پژوهش قرار گرفتند. در دورۀ پسا-گرافن، تعداد زیادی مشابه غیرآلی گرافن ساخته شدند که شامل ژرمانین، سیلیسن، نیترید بور هگزاگونال، اکسیدهای فلزی لایه ای می شود که وارد زیرمجموعه ای از مواد دو-بعدی شدند که به عنوان جامدات وان در والسی شناخته می شوند. با گذشت زمان، جامدات وان در والسی بیشتری ساخته شدند که از جمله می توان به اکسیدهای فلزی، کالکوژنید فلزی و عایق های کریستالی ساختاری اشاره کرد که به بخشی از خانواده مواد دو بعدی تبدیل شدند. از این بین، چون محدوده انرژی شکاف نوار (بند-گپ) اکسیدهای فلزی گسترده است و شامل نیمه رساناها و عایق ها می شود، این مواد بیشتر مورد توجه بوده اند. اکسیدهای آهن نیز به دلیل خواص کاتالیستی و فیزیکی عالی، در زمینه های گسترده ای مورد بررسی قرار گرفته اند که شامل کاتالیست، سنسور، و محیط های ذخیره سازی مغناطیسی می شود.
هماتیت (آلفا-Fe2O3) فراوان و ارزان است و کاربردهای فروانی نیز در زمینه انرژی و محیط زیست دارد. هماتیت یک نیمه رسانا نوع-n است و یک مادۀ آنتی-فررومغناطیس معروف به شمار می رود و دمای نیل آن، 961 کلوین است. در دمای 265 کلوین، انتقال از فررومغناطیس ضعیف به فاز آنتی فررومغناطیس صورت می گیرد و همچنین این ماده دارای خواص فتوکاتالیستی عالی است.
اما در پژوهش چشمگیری که توسط محققین دپارتمان مهندسی مواد و نانومهندسی در دانشگاه Rice انجام شده و در مجله nature nanotechnology منتشر شده است، محققین از سنگ آهن هماتیت برای ساخت نانوساختار دو-بعدی هماتین استفاده کرده اند. برای این کار از روش تورق (ورقه، ورقه ای شدن یا exfoliation) سنگ آهن در محلول آلی DMF استفاده شده است. به این منظور، 50 میلی گرم از پودر سنگ آهن هماتیت در 200 میلی لیتر DMF حل شد و به مدت 50 ساعت در حمام سونیکاتور قرار گرفت. سپس با سانتریفیوژ کردن این محلول به مدت 30 دقیقه، صفحات هماتین جدا شدند و رسوبات شناور بر روی محلول فیلتر شدند تا چند میلی گرم هماتین بدست آید.
نتایج این پژوهش مشخص کردند که هماتین می تواند همراه با نیمه رساناهای دارای شکاف نوار بزرگ برای توسعه فتوکاتالیست های کارآمد در حضور نور مرئی به کار رود. نتایج این پژوهش پیش مقدمۀ کشف دسته جدیدی از مواد دو-بعدی با خواص خارق العاده، است.
DOI: 10.1038/s41565-018-0134-y
(کد DOI شاخص مربوط به مقالات است و برای دانلود مقالات مرجع، کافی است این کد را سرچ کنید)
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (MatRes)
