La découverte du graphène, un matériau constitué d'une ou de très peu de couches atomiques de carbone, a commencé un boom. Aujourd'hui, de tels matériaux bidimensionnels ne se limitent plus au carbone et sont des perspectives prometteuses pour de nombreuses applications, notamment en microélectronique. Dans la revue Angewandte Chemie , les scientifiques ont maintenant introduit un nouveau matériau 2D :ils ont réussi à modifier l'arsenène (arsenic dans une structure semblable au graphène) avec des groupes chlorométhylène.

Les matériaux bidimensionnels sont des matériaux cristallins constitués d'une seule ou de très peu de couches d'atomes qui présentent souvent des propriétés inhabituelles. Cependant, l'utilisation du graphène pour des applications telles que les transistors est limitée car il se comporte plus comme un conducteur que comme un semi-conducteur. Le graphène modifié et des matériaux 2-D basés sur d'autres éléments chimiques avec des propriétés semi-conductrices ont maintenant été développés. Un de ces matériaux est le β-arsenène, un arsenic bidimensionnel dans une structure en nid d'abeilles bouclée dérivée de l'arsenic gris. Les chercheurs espèrent que la modification de ce matériau auparavant peu étudié pourrait améliorer ses propriétés semi-conductrices et ouvrir la voie à de nouvelles applications dans des domaines tels que la détection, catalyse, optoélectronique, et d'autres technologies de semi-conducteurs.

Une équipe de l'Université de chimie et de technologie de Prague (République tchèque) et de l'Université technique de Nanyang (Singapour), dirigé par Zdeněk Sofer et Martin Pumera a maintenant produit avec succès une modification covalente très prometteuse du β-arsenène.

L'arsenène a été produit par broyage d'arsenic gris dans du tétrahydrofurane. Les forces de cisaillement provoquent la séparation et la dispersion des couches bidimensionnelles dans le solvant. Les chercheurs introduisent ensuite du dichlorométhane et ajoutent un composé organique du lithium (butyllithium). Ces deux réactifs forment un intermédiaire appelé chlorocarbène, une molécule composée d'un atome de carbone, un atome d'hydrogène, et un atome de chlore. L'atome de carbone est court de deux partenaires de liaison, un état qui rend toute la classe de molécules de carbène hautement réactive. L'arsenène contient des paires d'électrons libres qui « sortent » de la surface et peuvent facilement se lier au chlorocarbène.

Cette approche conduit à une couverture élevée de la surface de l'arsenène avec des groupes chlorométhylène, comme le confirment diverses méthodes d'analyse (spectroscopie photoélectronique aux rayons X, Spectroscopie FT-IR, analyse élémentaire par microscopie électronique à transmission). L'arsenène modifié est plus stable que l'arsenène pur et présente une forte luminescence et des propriétés électroniques qui le rendent attrayant pour les applications optoélectroniques. En outre, les unités chlorométhylène pourraient servir de point de départ à d'autres modifications intéressantes.