Des chercheurs de Penn State et de l'Université Purdue ont développé de nouveaux matériaux pour une meilleure catalyse à un seul atome et l'électronique future.

Les matériaux, à base de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels comprenant des disulfures, diséléniures et tellurures, ont une variété de propriétés intéressantes que les scientifiques aimeraient exploiter, en particulier pour l'électronique de nouvelle génération et la catalyse.

L'équipe a déposé les métaux nobles or et argent sur les substrats TMD bidimensionnels et a étudié comment les métaux se formaient et se développaient sur les surfaces TMD. Dans tous les cas sauf un, les métaux formaient des nanoparticules de dimension zéro, comme la théorie l'avait prédit. Mais dans le cas de l'argent déposé sur les ditellurures, l'argent a formé une seule couche d'atomes recouvrant tout le substrat.

"Nous avons essayé les expériences encore et encore, mais n'a vu aucune preuve de formation de nanoparticules d'argent sur les ditellurures de métaux de transition, pourtant nous savions que l'argent était là, " dit Yifan Sun, ancien doctorant de Penn State et auteur principal d'un article publié cette semaine dans la revue Chimie de la nature .

L'équipe a découvert que les interfaces entre les TMD et les métaux nobles étaient importantes pour déterminer la croissance et la structure finale des métaux.

« Cela nous a vraiment intéressé et nous a permis de mieux comprendre comment sonder les interfaces entre les nanostructures 2D et 3D, " ajouta Sun.

L'équipe pense que ces connaissances seront utiles dans un domaine important de la chimie appelé catalyse à un seul atome. Le problème auquel la catalyse à un seul atome est actuellement confrontée est que lorsque la densité des atomes catalytiques augmente, ils ont tendance à former des agrégats qui se regroupent en nanoparticules, ce qui diminue l'activité catalytique. Comme plus de 85 pour cent des produits chimiques sont produits par catalyse, un processus à un seul atome qui ne s'agrégeait pas pourrait avoir d'énormes avantages.

"Le processus nous permet de penser à l'avenir à la façon dont vous pourriez concevoir des catalyseurs à un seul atome contenant des quantités minimales de ces métaux nobles coûteux et ayant des propriétés améliorées à cause de cela, " a déclaré Ray Schaak, Professeur Dupont de chimie, et auteur correspondant de l'article de Nature Chemistry.

Un autre endroit où les gens aimeraient utiliser ce type de matériel est l'électronique. Ils ont souvent besoin d'entrer en contact avec un fil métallique et ce type de croissance sur les TMD donne ce point d'ancrage.

"Les métaux 2D sont un domaine émergent et il était très difficile de convaincre les gens que nous avions une couche d'argent 2D, " a déclaré Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Professeur de physique, et éminent professeur de physique, chimie et science et ingénierie des matériaux, État de Penn. "Cela n'arrive pas avec d'autres matériaux."

À l'avenir, les chercheurs ont l'intention d'essayer d'autres métaux qui ont des propriétés catalytiques plus intéressantes que l'argent.