«щеплення» для мхенів: знайдено простий і ефективний спосіб підвищити стабільність двовимірних матеріалів

0
28

Хіміки томського політехнічного університету разом з колегами з чехії розробили новий метод поверхневої модифікації мхенів — нового і перспективного сімейства наноматеріалів — і вирішити проблему їх нестабільності. Їм вдалося «прищепити» на поверхню наноматеріалу гідрофобні органічні молекули за допомогою йодонієвих солей під дією плазмонного резонансу. Таке «щеплення» дозволило збільшити стабільність мхена в чотири рази. При цьому сам метод досить простий: на відміну від інших способів не вимагає великих витрат енергії або складного обладнання. Дані дослідження опубліковані в журналі 2d materials (if: 7,103; q1).

Мхени були відкриті близько десяти років тому. Це клас двовимірних наноматеріалів, що складаються з атомів вуглецю і перехідних металів, наприклад, титану. Вони дуже тонкі, їх товщина дорівнює всього декільком атомам. Мхени мають унікальні властивості і розглядаються в якості перспективних матеріалів в самих різних областях, наприклад, для наноелектроніки, розщеплення води для отримання водню.

» у застосуванні мхенів дві проблеми. Вони малостабільні на повітрі, а їх значущі технологічні властивості сильно залежать від стану поверхні. Тобто властивості визначають хімічні групи, які знаходяться на поверхні. Відомі методи модифікації поверхні зводяться до реакцій, що протікають при високих енергіях і температурах. А це завжди складно і дорого. І ми побачили рішення цих проблем в модифікації поверхні мхенів за допомогою солей йодонію. Але була і очевидна для хіміків проблема-йодоноієві солі в звичайних умовах не вступають в реакцію з поверхнями», — говорить один з авторів статті, доцент дослідницької школи хімічних і біомедичних технологій томського політеху павло постніков.

Щоб «змусити» йодонієві солі вступати в потрібні реакції на поверхні мхенів, дослідники використовували ефект поверхневого плазмонного резонансу. Цей ефект виникає у поверхні металів при опроміненні світлом — біля поверхні з’являються квазічастинки плазмони.

» спочатку ми отримали йодонієві солі з групами, що володіють гідрофобними властивостями, тобто відштовхують воду. Потім в розчин до них додали суспензію мхена і направили промінь лазера. Це запустило ефект плазмонного резонансу, необхідний для утворення радикалів з йодонієвих солей, які в свою чергу зв’язувалися з поверхнею. Вся реакція протікала при кімнатній температурі», — пояснює вчений.

Щоб довести стабільність модифікованого моху, дослідники витримували їх протягом тижня на повітрі у вологому середовищі.

» у порівнянні з початковиммхеном, наш матеріал виявився в чотири рази стабільнішим. При цьому він гідрофобний, — каже павло постніков. — дослідження носить фундаментальний характер, ми продемонстрували принцип, що наш метод працює і дає дуже хороші результати. Надалі ми маємо намір його розвивати і шукати способи надання мхенам конкретних властивостей».

У число авторів статті входять також дослідники з університету хімії і технології праги, інституту фізики чеської академії наук і карлового університету в празі. Дослідження проводилося за підтримки російського наукового фонду.

Опубліковані в статті в журналі chemical engineering journal.