Combinația de proprietăți distinctive ale materialelor bidimensionale inspiră căutarea pentru a descoperi un nou șorț.
Cercetările evolutive au ajutat oamenii de știință să prezică cea mai mică structură energetică a unui material bidimensional (2D), B2P6, cu unele trăsături extraordinare, inclusiv anizotropia structurală și geometria lui Janus.
Materialele lui Janus – numite după zeul grec cu două fețe ale dualității – au două suprafețe cu proprietăți fizice distincte. Ca atare, ele oferă beneficii unice, precum eficiența solară ridicată în hidrogen.
Materialele anizotrope prezintă proprietăți diferite atunci când sunt măsurate în direcții diferite. În cazul lui B2P6, difuziunea ionică este puternic anizotropă, o caracteristică care poate fi potențial utilă în soluții accesibile de stocare a energiei, cum ar fi bateriile cu ioni metalici.
Spre deosebire de predecesorii săi, cum ar fi Grafen, un alt material 2D, acest nou material are un decalaj larg reglabil, ceea ce îl face un candidat mai bun pentru utilizare în dispozitivele electronice.
Echipa KAUST a folosit ultimul calcul al cercetării evolutive și primele principii pentru a prezice structura lui B.2P6. Credit: © 2020 FOLDER
Udo Schwingenschlögl, profesor de fizică aplicată la KAUST și Minglei Sun, un postdoc, efectuează o căutare detaliată pentru cea mai stabilă structură cristalină 2D a compușilor binari care conțin atomi de bor și fosfor până când ajung la B2P6
„Am folosit cercetări evolutive la nivel înalt și calcule ale primelor principii pentru a prezice această structură”, spune Sun.
Bazat pe evoluția biologică, cercetarea evolutivă este o metodă de calcul prin care oamenii de știință pot căuta o structură cristalină în mii de candidați. Folosind această structură ca o introducere în calculele primelor principii, ei pot determina apoi proprietățile fizice în conformitate cu principiile teoriei cuantice.
„Trăsăturile extraordinare dotate de anizotropia și geometria lui Janus ne-au inspirat să căutăm un material 2D care să combine aceste merite”, explică Sun. Această combinație permite noi proprietăți și, la rândul său, aplicații mai largi.
În cercetarea preliminară, B2P6 a arătat promisiuni excelente în domeniul electronicii și pentru aplicarea în conversia și conservarea energiei.
Noul material demonstrează o absorbție puternică a luminii, făcându-l potențial util în producerea de combustibil curat prin separarea apei fotocatalitice – un proces care utilizează lumina naturală sau artificială pentru a produce hidrogen din apă. Este mai eficient decât fotocatalizatorii tradiționali, în principal datorită ratei reduse de recombinare a purtătorilor fotogenerați.
„Pentru B2P6, recombinarea transportoarelor fotogenerate este suprimată semnificativ de câmpul electric intern indus de structura sa Janus ”, explică Sun. „Aceasta înseamnă că mai mulți purtători fotogenerați vor lua parte la reacțiile redox pentru separarea apei. Eficiența utilizării transportatorului este de până la 45,1%. “
În continuare, cercetătorii intenționează să „prezică mai multe materiale anisotrope Janus 2D cu proprietăți extraordinare și să ofere îndrumări experimentale colegilor”, spune Schwingenschlögl.
Referință: “B2P6: Un material anizotrop bidimensional al lui Janus cu potențial de separare fotocatalitică a apei și baterii metal-ionDe Minglei Sun și Udo Schwingenschlögl, 27 mai 2020, Chimia materialelor.
DOI: 10.1021 / acs.chemmater.0c01536