Son zamanlarda düz bir galyum keşfinin ardından, Rice Üniversitesi’nde bilim adamları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, araştırmacıların güneş enerjisi üretimi için daha iyi olabileceğini belirttiği iki boyutlu bir materyali üretti. Malzeme bilimcisi Pulickel Ajayan ve meslektaşları, ortak demir cevherinden 3 atomlu hemateni çıkardılar. Araştırma, Nature Nanotechnology’de bir makale ile tanıtıldı.

Araştırmacılar, hematenin, özellikle suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için etkili bir fotokatalist olabileceğini ve aynı zamanda spintronik tabanlı cihazlar için ultra ince bir manyetik malzeme olarak kullanılabileceğini söyledi.

Ajayan, “2 boyutlu manyetizma, bu tür materyallerin sentezlenmesindeki son ilerlemelerle çok heyecan verici bir alan haline geliyor, ancak sentez teknikleri karmaşık ve malzemelerin stabilitesi sınırlı.” dedi. “Burada basit, ölçeklenebilir bir yönteme sahibiz ve hematen yapısının çevresel olarak kararlı olması gerekiyor.”

Ajayan’ın laboratuvarı, Houston Üniversitesi’nde ve Hindistan, Brezilya, Almanya ve diğer yerlerde araştırmacılar ile, sonikasyon, santrifüj ve vakum destekli filtrasyonun bir kombinasyonunu kullanarak doğal olarak oluşan hematit malzemesini pul pul dökmek için çalıştı.

Araştırmacılar, hematitin fotokatalitik özelliklere sahip olduklarını zaten biliyorlardı, ancak yararlı olacak kadar iyi değillerdi. Houston Üniversitesi’nde eş yazar ve doçent olan Oomman Varghese “Bir malzemenin verimli bir fotokatalist olması için, güneş ışığının görünen kısmını absorbe etmeli, elektriksel yükler üretmeli ve istenen reaksiyonu gerçekleştirmek için bunları malzemenin yüzeyine taşımalıdır” dedi. Ayrıca “Hematit güneş ışığını ultraviyole sarı-turuncu bölgeye emer, ancak üretilen yükler çok kısa ömürlüdür. Sonuç olarak, yüzeye çıkmadan tükenirler” dedi.

Araştırmacılar, hematen fotokatalizinin daha etkili olduğunu, çünkü fotonların yüzeyin birkaç atomunda negatif ve pozitif yük oluşturduğunu belirtti. Yeni malzemeyi, elektronların hemateni terk etmesi için kolay bir yol sağlayan titanyum dioksit nanotüp dizileri ile eşleştirerek, bilim adamları daha görünür bir ışığın absorbe edilmesine izin verebileceğini buldular.

Araştırmacılar ayrıca, hematenin manyetik özelliklerinin hematitinkinden farklı olduğunu keşfettiler. Yerli hematit antiferromanyetik iken, testler hematenin, yaygın bir mıknatıs gibi ferromanyetik olduğunu göstermiştir. Ferromıknatıslarda, atomların manyetik anları aynı yöne işaret eder. Antiferromıknatıslarda, bitişik atomlardaki momentler değişir. Karbon ve karbonun 2D formundan farklı olarak, grafen, hematit bir van der Waals olmayan malzemedir, yani kimyasal olmayan ve nispeten zayıf atomik van der Waals etkileşimleri yerine 3D yapıştırma ağları tarafından bir arada tutulur.

Hindistan’ın Bilim ve Teknoloji Cochin Üniversitesi’nden Profesör Anantharaman Malie Madom Ramaswamy Iyer, “Bugüne kadar çoğu 2B malzeme doğada katmanlı ve genellikle van der Waals katıları olarak bilinen toplu muadillerden türetilmiştir.” dedi. “(Van der Waals) 3D yapıştırma ağlarına sahip dökme öncülerden 2D materyaller nadirdir ve bu bağlamda hematen büyük önem taşır.”

Rice Üniversitesi’nde eski bir doktora sonrası araştırmacı ve Hindistan Teknoloji Enstitüsü’nden Gandhinagar’da yardımcı doçent olan Chandra Sekhar Tiwary’ye göre, işbirlikçiler 2D potansiyelleri için diğer van der Waals olmayan materyalleri araştırıyorlar.

Dergi Reference:

1. Aravind Puthirath Balan, Sruthi Radhakrishnan, Cristiano F. Woellner, Shyam K. Sinha, Liangzi Deng, Carlos de los Reyes, Banki Manmadha Rao, Maggie Paulose, Ram Neupane, Amey Apte, Vidya Kochat, Robert Vajtai, Avetik R. Harutyunyan, Ching-Wu Chu, Gelu Costin, Douglas S. Galvao, Angel A. Martí, Peter A. van Aken, Oomman K. Varghese, Chandra Sekhar Tiwary, Anantharaman Malie Madom Ramaswamy Iyer, Pulickel M. Ajayan. Demir cevheri hematitinden van der Waals olmayan malzemesinin eksfoliye edilmesi. Nature Nanotechnology, 2018; DOI: 10.1038/s41565-018-0134-y