Le diagramme schématique du centre présente le processus de transition des facettes des monocristaux de REO 2D via l'ingénierie de l'énergie de surface assistée par FCA. Les images MEB autour montrent une série de monocristaux de REOs 2D exposant différentes facettes, barre d'échelle :1 μm. Crédit :Science China Press
Depuis que le graphène a reçu le prix Nobel en 2010, les matériaux bidimensionnels (2D) ont continué d'attirer l'attention des chercheurs dans les domaines de la fabrication de dispositifs 2D logiques, de stockage, optoélectroniques et photoniques en raison de leur épaisseur atomique et de leurs excellentes performances. Sur la base de la recherche sur le graphène, les scientifiques ont découvert d'autres matériaux 2D, tels que les dichalcogénures de métaux de transition en couches (TMD), le nitrure de bore hexagonal (h-BN) et les semi-conducteurs du groupe III – V non en couches.
Récemment, les oxydes de terres rares 2D (REO) sont apparus comme une famille de matériaux non stratifiés unique et prometteuse. Le 4f vide les orbitales d'éléments de terres rares sont protégées par la coque extérieure entièrement remplie, d'où le 4f non apparié les électrons des ions de terres rares ne sont généralement pas impliqués dans les réactions chimiques, ce qui conduit à des propriétés prometteuses dans les activités de luminescence, magnétique, électronique et catalytique. Les OER 2D combinent les propriétés uniques des éléments de terres rares et ont été largement utilisés dans l'optique, le magnétisme, les catalyseurs à haut rendement, les transistors, la biomédecine et d'autres domaines.
En outre, il est rapporté que la facette cristalline a également une certaine influence sur les propriétés des matériaux 2D. Par conséquent, il est très important de synthétiser de manière contrôlée des matériaux 2D avec des facettes spécifiques. Cependant, en raison de sa structure non stratifiée, il est difficile de contrôler la croissance anisotrope 2D du matériau. De plus, puisque les matériaux 2D exposeront la facette la plus stable avec la plus faible énergie, il est particulièrement important de contrôler la thermodynamique des matériaux.
En réponse à ces défis, récemment, dans un récent article de recherche publié dans la National Science Review , des scientifiques de l'Université de Wuhan, en Chine, ont présenté un nouveau paradigme et réalisé la synthèse contrôlable par facette d'une série de REO 2D non stratifiés. L'introduction d'un assistant de contrôle des facettes (FCA) peut contrôler la nucléation 2D des facettes prédéterminées et ajuster le mode de croissance et la direction des cristaux.
Les auteurs ont déclaré :"Selon la théorie HSAB (hard-soft-acid-base), les ions RE sont des acides durs et préfèrent avoir des affinités avec la base. Nous avons utilisé NH4 X en tant que FCA et les ions halogénure appartenant à la base agissent en tant qu'assistant actif. L'introduction de FCA contrôle non seulement la nucléation 2D des facettes prédéterminées et favorise la croissance anisotrope 2D des REO, mais conduit également à la modification de l'énergie de surface relative de chaque facette avec la concentration croissante de FCA et détermine finalement la facette d'exposition finale. . La stratégie peut être étendue à la synthèse contrôlable par facette d'une série de monocristaux de REO 2D, y compris des REO légers (CeO2 , Nd2 O3 ), les OER intermédiaires (Sm2 O3 , Eu2 O3 ) et les OER lourds (Dy2 O3 , Ho2 O3 , Y2 O3 ), respectivement."
Prendre du CeO2 à titre d'exemple, ils ont systématiquement étudié les différences structurelles atomiques du CeO2 2D développé (111) et CeO2 (100) monocristaux. En outre, ils ont mené des expériences et des calculs DFT pour confirmer davantage le mécanisme. Il est démontré qu'avec une faible concentration de FCA, l'énergie de surface calculée de CeO2 (111) est inférieur, et 2D CeO2 (111) est préférable d'obtenir. Avec l'augmentation de la concentration de FCA, l'énergie de surface calculée de CeO2 (100) est plus faible et la morphologie cristalline correspondante devient carrée. Ils ont également exploré les propriétés paramagnétiques liées aux facettes des monocristaux de REO 2D.
« Notre travail polyvalent apporte de nouvelles connaissances pour réaliser la croissance anisotrope des matériaux REO 2D non stratifiés et enrichit la famille des matériaux 2D », déclare le professeur Lei Fu. "Notamment, la grande maniabilité de cette stratégie ouvre des opportunités pour concevoir de nouveaux matériaux, étudier leurs propriétés et leurs applications potentielles dans une large gamme." Les nanocomposites avec de riches lacunes en oxygène favorisent l'électroanalyse sensible du Hg(II)
