Слой

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7880 (2023) Цитировать эту статью

293 Доступа

Подробности о метриках

Мы сообщаем о зависящей от слоя стабильности двумерных (2D) нанолистов слюды типа мусковита (KAl3Si3O10(OH)2). Расчеты из первых принципов на нанолистах слюды с различной толщиной слоев (n = 1, 2 и 3) показывают их зависящую от слоя стабильность; 2D-нанолисты слюды с нечетными номерами более стабильны, чем с четными номерами, а предпочтительная стабильность слоев с нечетными номерами обусловлена ​​электронными эффектами. Предлагается модель защиты ядра с разумным предположением, успешно доказывающая нестабильность четных нанолистов слюды. Рамановская визуализация подтверждает, что в продуктах из вспученной слюды преобладает популяция нанолистов слюды с нечетными номерами. Чередование зарядовых состояний с нечетными/четными слоями было подтверждено методом зондовой силовой микроскопии Кельвина. Мы также продемонстрировали уникальное фотокаталитическое разложение, открывающее новые возможности для экологического применения нанолистов слюды.

Управление атомным слоем в двумерных (2D) нанолистах привлекает большое внимание как новая категория материаловедения из-за особых физических и химических свойств нанолистов, которые предполагают потенциальное применение в электронных устройствах следующего поколения1,2,3,4 ,5,6,7,8,9,10,11. Благодаря открытию графена1,6 многие исследователи изучили свойства и применение 2D-нанолистов, состоящих из неорганических слоистых материалов4,5,6,7,8. В последнее время 2D-материалы получили большое внимание из-за своих необычных свойств11, и они используются в различных приложениях, таких как энергетика12, датчики влажности13,14 и т. д. Для их характеристики использовались различные методы определения характеристик, такие как оптические методы15, рамановская спектроскопия16, исследование АСМ17. . Более того, их особенности исследуются теорией функционала плотности18,19.

В частности, ожидается, что, поскольку неорганические материалы похожи на графен, сокращение количества слоев приведет к появлению новых свойств и новых применений20. Например, Рёсуке Исикава и др.21 исследовали влияние количества слоев графена на производительность перовскитно-графеновых солнечных элементов, в которых они также сообщили о зависимости рабочей функции графена от слоев; 4,82 эВ для монослоя, 4,94 эВ для бислоя и пик примерно 4,97 эВ для трех и более слоев. Интересно изучить, сохраняются ли подобные тенденции в двумерных неорганических структурах.

Слюда, благодаря своим особым свойствам, включая электрическую, механическую и химическую стабильность, использовалась в различных областях, таких как изоляционные подложки, конденсаторы, лакокрасочные пленки и барьерные покрытия. В частности, поскольку слюда изначально имеет слоистую структуру с сильными плоскостными связями и слабой связью между слоями, она эффективно расщепляется на тонкие нанолисты22,23,24,25,26, обладая уникальными и полезными свойствами. Например, с ее диэлектрическими характеристиками с шириной запрещенной зоны 7,85 эВ27,28,29 емкостные свойства слюды будут чрезвычайно повышены при отслаивании.

Несмотря на то, что есть некоторые сообщения о подлинном расслаивании нанолистов слюды, вплоть до одно- или несколькихслойных нанолистов30,31, все еще есть возможности для дальнейших исследований в этом аспекте. Кроме того, не было достигнуто существенного прогресса в раскрытии новых свойств и применении нанолистов слюды чрезвычайно малой толщины. В недавней публикации24 мы сообщили о простом, но довольно неожиданном подходе к настраиваемому сужению запрещенной зоны в 2D-нанолистах слюды типа мусковита (KAl3Si3O10(OH)2) за счет контролируемой молекулярной толщины. Уменьшение количества слоев привело к уменьшению энергии запрещенной зоны с 7 до 2,5 эВ, а двухслойный корпус приобрел полупроводниковый характер с энергией запрещенной зоны ~ 2,5 эВ. Это было объяснено релаксацией решетки, а также эффектами легирования поверхности. Эти 2D-нанолисты слюды, созданные с использованием запрещенной зоны, могут решить некоторые ключевые проблемы при разработке электронных/оптоэлектронных устройств на основе 2D-нанолистов, которые требуют узкой запрещенной зоны, перехода полупроводник-металл и превосходной стабильности структуры, зависящей от слоя.