科學家打造新型2D材料「赤鐵烯」擁有獨特的鐵磁與光催化特性...

2020-12-01 cnBeta

說到新材料的時候,大家通常很關心它到底可以做到多薄。最新報導稱,巴西研究人員剛剛打造了一種被稱作「赤鐵烯」(hematene)的新型二維材料,單層厚度僅為三個鐵原子。與以石墨烯為代表的許多二維材料一樣,二維的赤鐵烯也表現出了不同於尋常結構的性質。

研究配圖 - 1:赤鐵礦(hematite)→赤鐵烯(hemetene)的液相分離

石墨烯由獨特而纖薄的單層碳原子組成,結構堅固、重量輕、且擁有優異的導電和導熱性能。這這方面,石墨烯並非孤軍奮戰。

比如最近,科學家們甚至打造出了二維的黑磷、二氧化鎵、二硫化鉬、三碘化鉻等材料 —— 它們都擁有廣泛而不尋常的特性。

研究配圖 - 2:赤鐵烯的二維形態(2D morphology)

該家族的最新成員,就是本文要為大家詳細介紹的赤鐵烯。赤鐵礦是一種天然的礦物質,它也是我們工業用鐵的主要來源。

通過對礦石實施所謂的『液相剝離』過程,研究團隊成功打造出了一種厚度僅為 3 個鐵原子 + 氧原子的板材。

研究配圖 - 3:赤鐵烯的特徵描述(Characterization)

之後,研究人員對材料的特性展開了研究,觀察 2D 形態與常規 3D 材料有何不同。結果發現:

赤鐵烯表現出了鐵磁性,與赤鐵礦的反鐵磁性剛好相反。此外它還被證明有望成為一種良好的光觸媒(催化劑),可用於加速光化學反應。

研究配圖 - 4:赤鐵烯的磁性(Magnetism)

赤鐵礦和赤鐵烯都可以被光催化,其能夠吸收太陽光譜中的紫外線到黃橙色部分,但前者因為太弱而無法被利用 —— 相比之下,赤鐵烯的表現要優異得多。

當光子撞擊材料時,產生的正電荷和負電荷在到達表面的過程中,並沒有相隔很遠的距離。通過將赤鐵烯和二氧化鈦納米管配對,研究人員又改善了它的性能。

研究配圖 - 5:光觸媒(Photocatalysis)特性

論文作者之一的 Douglas Soares Galvão 表示:「赤鐵烯有望成為一種高效的光催化劑 —— 尤其適用於將水分解為氫和氧 —— 或打造基於自旋電子器件的超薄磁性材料」。

研究團隊稱,未來可對其它相關材料(比如鐵氧化物)進行 2D 處理,從而產生一系列具有奇特性質的新材料。


有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《自然納米技術》(Nature Nanotechnology)期刊上。原標題為:

《Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite》

[編譯自:Nature , 來源:Phys.org]

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