Le sel commun (NaCl) agit comme intermédiaire dans la croissance par dépôt chimique en phase vapeur du bisulfure de molybdène 2D, accélérant le processus de sa création. Les théoriciens des matériaux de l'Université Rice ont découvert que le sel et un précurseur forment un eutectique, qui a une température de fusion plus basse que l'un ou l'autre. Crédit :Jincheng Lei/Yakobson Research Group
Sauter en avant dans une ligne est impoli, mais parfois c'est acceptable. Surtout pour le sel.
Le théoricien des matériaux du laboratoire de l'Université Rice, Boris Yakobson, montre pourquoi dans son suivi d'une étude de 2018 qui a démontré comment le sel simplifie la formation de disulfure de molybdène 2D précieux (MoS2 ) avec une analyse des premiers principes du processus qui pourrait encore l'affiner.
L'étude théorique de Yakobson et de ses collègues Jincheng Lei, Yu Xie et Alex Kutana, tous anciens élèves de son laboratoire, et la chercheuse Ksenia Bets montre à travers la simulation des énergies au niveau de l'atome pourquoi le sel, en particulier le sel iodé, abaisse la température de réaction dans une vapeur chimique. four de dépôt (CVD) nécessaire pour former MoS2 .
Pour ce faire, il aide à sauter certaines étapes et à franchir les barrières énergétiques élevées dans la croissance CVD conventionnelle pour produire beaucoup plus de MoS6 , un précurseur essentiel du MoS 2D2 .
Leur étude dans le Journal of the American Chemical Society axé sur la façon dont le sel abaisse les barrières d'activation pour améliorer la sulfuration des oxyhalogénures de molybdène, la matière première gazeuse du MoS2 cristallisation.
MoS2 est un composé naturel connu sous forme massive sous le nom de molybdénite, et sous forme 2D est très convoité pour ses propriétés semi-conductrices, qui promettent des avancées dans les applications électroniques, optoélectroniques, spintroniques, catalytiques et médicales. Mais MoS 2D2 reste difficile à fabriquer en quantités commerciales.
L'équipe Rice est entrée pour la première fois dans la mêlée lorsque des laboratoires à Singapour, en Chine, au Japon et à Taïwan ont utilisé du sel pour créer une "bibliothèque" de matériaux 2D combinant des métaux de transition et des chalcogènes. La raison pour laquelle cela fonctionnait si bien était un mystère, ce qui les a incités à faire appel à l'expertise du laboratoire Yakobson en matière de modélisation de matériaux, même uniquement théoriques, à partir de zéro.
Leurs modèles complets montrent que si les laboratoires internationaux ont utilisé des sels de chlorure pour fabriquer leur bibliothèque de matériaux, les sels d'iodure que l'on trouve couramment sur les tables de cuisine sont plus efficaces pour accélérer la synthèse de MoS2 .
"Une synthèse rapide et à grande échelle est impérative pour l'application généralisée de MoS2 ", a déclaré Lei. "Nous avons soigneusement étudié l'ensemble du processus de croissance, dans l'espoir de l'optimiser autant que possible. Il s'est avéré qu'en changeant simplement le chlorure en iodure, on pouvait synthétiser MoS2 beaucoup plus rapidement à des températures de croissance encore plus basses."
Cela se produit lorsque le sel et le précurseur forment un eutectique, un mélange de substances qui fondent et se solidifient à une seule température inférieure aux points de fusion des constituants.
"Après qu'il a été démontré que la synthèse assistée par le sel permettait la croissance de beaucoup plus de composés TMD (dichalcogénure de métal de transition) qu'il n'était possible auparavant et améliorait considérablement les conditions de croissance des composés précédemment synthétisés, il est devenu clair qu'il y a quelque chose de spécial dans ce processus", Bets dit.
"Certains groupes expérimentaux ont tenté d'approfondir leurs recherches, mais la surveillance de la composition moléculaire de la phase gazeuse dans des conditions de croissance n'est pas une tâche simple", a-t-elle déclaré. "Même alors, vous ne pouvez pas voir l'ensemble de l'image.
"Nous avons été très minutieux, en suivant les travaux de Jincheng sur le mécanisme du MoS conventionnel2 croissance. Nous avons simulé toutes les parties du procédé, de la sulfuration à la croissance cristalline 2D. Cette approche globale a porté ses fruits."
Dans les simulations, l'équipe de Rice a observé directement l'ensemble du processus de sulfuration alors que les atomes d'oxygène et de chlore étaient progressivement remplacés par du soufre dans MoO2 Cl2 , un précurseur commun, dans des conditions CVD.
Le laboratoire a déclaré que l'effet eutectique pourrait être un phénomène courant dans la synthèse CVD de monocouches de dichalcogénure 2D, et mérite donc une étude continue. Des pairs du laboratoire dans la synthèse de cristaux 2D
