Une équipe de recherche collaborative a fabriqué une construction en forme de ballon de football en utilisant un assemblage bord à bord de matériaux semi-conducteurs 2D. La recherche a fait la couverture de l'édition en ligne de Angewandte Chemie International Edition. journal.

L'équipe de recherche, dirigée par le professeur In Su Lee et Ph.D. Le candidat Sun Woo Jang du Département de chimie de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH), ainsi que le professeur Kwangjin An du Département d'énergie et de génie chimique de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST), ont réussi à contrôler l'interaction entre les bords des nanofeuilles de silice 2D (2D-SiNS) pour créer une structure semblable à un ballon de football.

La structure planaire des nanofeuilles 2D présente des propriétés mécaniques et optiques uniques, ce qui les rend polyvalentes dans les dispositifs semi-conducteurs, les catalyseurs, les capteurs et bien d'autres secteurs. La forte attraction des forces intermoléculaires (van der Waals) entre les feuilles aboutit généralement à une structure où les faces sont en contact direct, compromettant la stabilité mécanique pour la fonctionnalité catalytique.

Dans l’étude, l’équipe de recherche a développé une technique d’assemblage bord à bord pour les SiNS 2D. Dans le cas du 2D-SiNS, la répartition des charges varie en fonction de la courbure de la surface ou des caractéristiques structurelles, et généralement, la région marginale est sensible aux différences de répartition des charges.

L’équipe de recherche a exploité cette propriété pour induire des interactions entre les bords du 2D-SiNS. Contrairement à l'assemblage face-à-face traditionnel, cette technique se concentre sur l'assemblage des bords.

Cette percée a permis aux chercheurs d’assembler des SiNS 2D dans des structures creuses en forme de ballon de football, démontrant une stabilité mécanique et une durabilité exceptionnelles, même dans des conditions difficiles, notamment à haute température et avec divers solvants. De plus, cette structure empêchait l'agrégation involontaire de nanostructures et inhibait la formation de coke, ce qui entrave l'activité catalytique.

De telles caractéristiques structurelles ont considérablement augmenté la surface de 2D-SiNS assemblée, améliorant ainsi l’efficacité des réactions catalytiques et facilitant le mouvement fluide des réactifs. Surtout, lorsqu'il est soumis à des réactions continues à haute température, il a démontré une activité catalytique et une durabilité exceptionnelles dans la production d'hydrogène et de monoxyde de carbone à partir de méthane et de dioxyde de carbone.

Le chercheur principal de l'étude, le professeur In Su Lee, a déclaré :"Je suis ravi non seulement de la meilleure compréhension de l'assemblage de matériaux à l'échelle nanométrique, mais également du fait que nous ouvrons la voie au développement de nanomatériaux 2D stables et fonctionnels."

Plus d'informations : Sun Woo Jang et al, Assemblage semblable à un ballon de football de nanofeuilles de silice 2D orientées bord à bord :un support catalyseur prometteur pour le reformage à haute température, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI :10.1002/anie.202316630

Fourni par l'Université des sciences et technologies de Pohang