Wissenschaftler entwickeln eine leistungsstarke Familie von 2D-Materialien

Ein Team der Tulane University School of Science and Engineering hat eine neue Familie zweidimensionaler Materialien entwickelt, von denen Forscher sagen, dass sie vielversprechende Anwendungen haben, darunter in fortschrittlicher Elektronik und Hochleistungsbatterien.

Unter der Leitung von Michael Naguib, einem Assistenzprofessor am Institut für Physik und Technische Physik, wurde die Studie in der Zeitschrift veröffentlicht Fortgeschrittene Werkstoffe.

„Zweidimensionale Materialien sind Nanomaterialien mit einer Dicke im Nanometerbereich (Nanometer ist ein Millionstel Millimeter) und seitlichen Abmessungen, die das Tausendfache der Dicke betragen“, sagte Naguib. „Ihre Ebenheit bietet einzigartige Eigenschaften im Vergleich zu Schüttgütern.“

Der Name der neuen Familie von 2D-Materialien lautet Übergangsmetall-Carbo-Chalkogenide oder TMCC. Es kombiniert die Eigenschaften zweier Familien von 2D-Materialien – Übergangsmetallcarbide und Übergangsmetalldichalkogenide.

Naguib, Ken & Ruth Arnold Early Career Professor in Science and Engineering, sagte, letzteres sei eine große Materialfamilie, die ausgiebig erforscht und als sehr vielversprechend befunden wurde, insbesondere für die elektrochemische Energiespeicherung und -umwandlung. Aber er sagte, eine der Herausforderungen bei ihrer Verwendung sei ihre geringe elektrische Leitfähigkeit und Stabilität.

Andererseits seien Übergangsmetallkarbide ausgezeichnete elektrische Leiter mit einer viel stärkeren Leitfähigkeit. Es wird erwartet, dass die Zusammenführung der beiden Familien zu einer ein großes Potenzial für viele Anwendungen wie Batterien und Superkondensatoren, Katalyse, Sensoren und Elektronik bietet.

„Anstatt die beiden unterschiedlichen Materialien wie Lego-Bausteine ​​mit vielen problematischen Schnittstellen zu stapeln, entwickeln wir hier ein neues 2D-Material, das die Kombination beider Zusammensetzungen ohne Schnittstelle aufweist“, sagte er.

„Wir haben einen elektrochemisch unterstützten Exfoliationsprozess verwendet, indem wir Lithiumionen zwischen die Schichten von Bulk-Übergangsmetall-Carbochalcogeniden eingefügt haben, gefolgt von Rühren in Wasser“, sagte Ahmad Majed, der Erstautor des Artikels und Doktorand in Materialphysik und Engineering bei Tulane, der in Naguibs Gruppe arbeitet.

Im Gegensatz zu anderen exotischen Nanomaterialien, sagte Majed, ist der Prozess zur Herstellung dieser 2D-TMCC-Nanomaterialien einfach und skalierbar.

Neben Naguib und Majed gehören zum Team Jiang Wei, ein außerordentlicher Professor für Physik und technische Physik; Jianwei Sun, Assistenzprofessor für Physik und technische Physik; Ph.D. Kandidaten Kaitlyn Prenger, Manish Kothakonda und Fei Wang bei Tulane; und Dr. Eric N. Tseng und Professor Per OA Persson von der Universität Linkӧping in Schweden.