Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont mis au point une nouvelle façon d'enrouler des feuilles d'atomes atomiquement minces pour former des « nanorouleaux ». Leur approche unique utilise des feuilles de dichalcogénure de métal de transition avec une composition différente de chaque côté, réalisant un rouleau serré qui donne des rouleaux jusqu'à cinq nanomètres de diamètre au centre et des micromètres de longueur. Le contrôle de la nanostructure dans ces volutes promet de nouveaux développements dans les domaines de la catalyse et des dispositifs photovoltaïques.

La nanotechnologie nous offre de nouveaux outils pour contrôler la structure des matériaux à l'échelle nanométrique, promettant un ensemble complet d'outils nano permettant aux ingénieurs de créer des matériaux et des dispositifs de nouvelle génération.

À l'avant-garde de ce mouvement, une équipe dirigée par le professeur agrégé Yasumitsu Miyata de l'Université métropolitaine de Tokyo étudie les moyens de contrôler la structure des dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), une classe de composés dotés d'un large éventail de propriétés intéressantes, telles que la flexibilité. , supraconductivité et absorbance optique unique.

Dans leur dernier ouvrage, publié dans ACS Nano ils ont jeté leur dévolu sur de nouvelles façons de fabriquer des nanoparchemins, des nanofeuilles enroulées dans des structures serrées ressemblant à des volutes. Il s'agit d'une approche intéressante pour réaliser des structures à parois multiples :puisque la structure de chaque feuille est la même, les orientations des couches individuelles sont alignées les unes par rapport aux autres. Cependant, les deux méthodes existantes de création de nanoparchemins présentent des problèmes importants.

Dans l’un, l’élimination des atomes de soufre de la surface de la nanofeuille crée des distorsions qui provoquent l’enroulement de la feuille; mais ce faisant, ils détruisent la structure cristalline de la feuille. Dans l’autre, un solvant est introduit entre la nanofeuille et le substrat, décollant la feuille de la base et permettant la formation de nanorouleaux sans défauts. Cependant, les structures tubulaires ainsi réalisées ont tendance à avoir de grands diamètres.

Au lieu d’approches comme celle-ci, l’équipe a mis au point une nouvelle façon d’enrouler les feuilles. En commençant par une nanofeuille de séléniure de molybdène monocouche, ils ont traité la nanofeuille avec un plasma et remplacé les atomes de sélénium d'un côté par du soufre ; ces structures sont appelées nanofeuilles Janus, du nom de l'ancien dieu à deux visages. L'ajout doux d'un solvant détache ensuite les feuilles de la base, qui s'enroulent alors spontanément en volutes en raison de l'asymétrie entre les côtés.

Ces nouveaux nanoscrolls ont une longueur de plusieurs microns, ce qui est nettement plus long que les nanofeuilles TMDC à paroi unique fabriquées précédemment. De plus, ils se sont révélés plus serrés que jamais, avec un centre mesurant jusqu'à cinq nanomètres de diamètre, répondant ainsi aux attentes théoriques. Il a également été découvert que les rouleaux interagissent fortement avec la lumière polarisée et possèdent des propriétés de production d'hydrogène.

Avec un contrôle sans précédent sur la nanostructure, la nouvelle méthode de l'équipe constitue la base de l'étude de nouvelles applications des nanoscrolls TMDC à la catalyse et aux dispositifs photovoltaïques.

Plus d'informations : Masahiko Kaneda et al, Nanoscrolls de dichalcogénures de métaux de transition monocouches Janus, ACS Nano (2024). DOI :10.1021/acsnano.3c05681

Fourni par l'Université métropolitaine de Tokyo