Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета (СФУ) получили новый нанокомпозитный 2D-материал в виде наночешуек на основе минерала точилинита с регулируемыми свойствами. Он состоит из чередующихся слоев сульфида железа и гидроксида магния и может применяться в нанофотонике, оптоэлектронике, использоваться в качестве сорбентов, электродов и наноантенн. Благодаря открытой возможности управления свойствами нового материала, а также его слоистой структуре, наночашуйчатый 2D-композит можно применять в нанофотонике и оптоэлектронике, фото- и электро- катализе, использовать как наноантенны, сорбенты и электроды, например, в литиевых, магниевых, алюминиевых источниках тока, электрохимических конденсаторах.
Двумерные материалы, такие как графен, представляют большой интерес как для исследователей, так и для технического развития. Они имеют толщину всего в один атом и обладают уникальными свойствами, которые могут привести к созданию новых устройств и технологий с улучшенными характеристиками.
Новый многофункциональный композитный двумерный материал образует чешуевидные частицы латеральным размером от ста до двухсот нанометров и толщиной около 20 нанометров.
Чтобы получить наночешуйки точилинита, специалисты взяли за основу протокол, разработанный для другого минерала — валлериита. Они модифицировали метод, варьируя концентрации прекурсоров и примесей, чтобы избежать побочных продуктов реакции и контролировать состав материала. В результате получился простой метод, основанный на гидротермальном синтезе. Он позволяет получать композит при умеренной температуре и атмосферном давлении. В процессе синтеза структура точилинита «самособирается» за счет противоположных электрических зарядов на слоях сульфида железа и гидроксида магния. В итоге получился практически чистый двумерный синтетический точилинит.
По словам ученых, для создания 2D-материалов чаще всего приходится проводить компьютерное моделирование, чтобы понять, какими свойствами будет обладать материал с заложенными в модель составом и структурой. Однако в этом случае на создание композитного материала точилинита ученых вдохновила природа.
«В науке есть один интересный подход, основанный на том, чтобы «подглядеть» у природы. Природа сама по себе является замечательной лабораторией. Минералы валлериит и точилинит природного происхождения уникальны тем, что построены из чередующихся сульфидных и гидроксидных слоев, каждый из которых толщиной всего в несколько атомных размеров. На состав слоев минералов сильно влияет состав той природной среды, в которой они формировались. Мы попробовали повторить этот процесс в лаборатории. При этом не просто «скопировать» условия природного синтеза, а заметно расширить состав материалов и получить соединения с новыми структурами сульфидных и гидроксидных слоев... В целом, мы первыми начали рассматривать точилиниты и валлерииты именно как синтетические платформы для получения новых двумерных материалов со смешаннослоистой структурой», — отметил руководитель проекта кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Максим Лихацкий.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале New Journal of Chemistry.
