Pular uma fila é rude, mas às vezes é aceitável. Especialmente para o sal.
O teórico de materiais do laboratório da Rice University, Boris Yakobson, mostra por que, em seu acompanhamento de um estudo de 2018 que demonstrou como o sal simplifica a formação do valioso dissulfeto de molibdênio 2D (MoS₂ ) com uma análise de primeiros princípios do processo que poderia refiná-lo ainda mais.

O estudo teórico de Yakobson e colegas Jincheng Lei, Yu Xie e Alex Kutana, todos ex-alunos de seu laboratório, e pesquisador Ksenia Bets mostra através da simulação de energias em nível de átomo por que o sal – particularmente o sal iodado – reduz a temperatura da reação em um vapor químico forno de deposição (CVD) necessário para formar MoS₂ .

Ele faz isso ajudando a pular algumas etapas e ultrapassar barreiras de alta energia no crescimento de CVD convencional para produzir muito mais MoS₆ , um precursor essencial para 2D MoS₂ .

Seu estudo no Journal of the American Chemical Society focado em como o sal reduz as barreiras de ativação para melhorar a sulfurização de oxihaletos de molibdênio, a matéria-prima de gás em MoS₂ cristalização.

MoS₂ é um composto natural conhecido na forma a granel como molibdenita, e na forma 2D é altamente cobiçado por suas propriedades semicondutoras, que prometem avanços em aplicações eletrônicas, optoeletrônicas, spintrônicas, catalíticas e médicas. Mas 2D MoS₂ permanece difícil de fabricar em quantidades comerciais.

A equipe Rice entrou na briga pela primeira vez quando laboratórios em Cingapura, China, Japão e Taiwan usaram sal para fazer uma "biblioteca" de materiais 2D que combinavam metais de transição e calcogênios. Por que funcionou tão bem foi um mistério, levando-os a recorrer à experiência do laboratório Yakobson em materiais de modelagem - mesmo apenas teóricos - desde o início.

Seus modelos abrangentes mostram que, enquanto os laboratórios internacionais usavam sais de cloreto para fazer sua biblioteca de materiais, os sais de iodeto comumente encontrados em mesas de cozinha são melhores para acelerar a síntese de MoS₂ .

"Síntese rápida e em larga escala é imprescindível para a ampla aplicação do MoS₂ ", disse Lei. "Estudamos cuidadosamente todo o processo de crescimento, esperando otimizá-lo o máximo possível. Descobriu-se que simplesmente mudando cloreto para iodeto, pode-se sintetizar MoS₂ muito mais rápido enquanto em temperaturas de crescimento ainda mais baixas."

Isso acontece quando o sal e o precursor formam um eutético, uma mistura de substâncias que derretem e solidificam a uma única temperatura inferior aos pontos de fusão dos constituintes.

“Depois que a síntese assistida por sal mostrou permitir o crescimento de muito mais compostos TMD (dicalcogeneto de metal de transição) do que era possível anteriormente e melhorar significativamente as condições de crescimento para os sintetizados anteriormente, ficou claro que há algo especial nesse processo”, Bets disse.

"Alguns grupos experimentais tentaram investigar mais, mas monitorar a composição molecular da fase gasosa em condições de crescimento não é uma tarefa simples", disse ela. "Mesmo assim, você não pode ver a imagem inteira.

"Fomos muito minuciosos, acompanhando o trabalho de Jincheng sobre o mecanismo de MoS convencional₂ crescimento. Simulamos todas as partes do processo, desde a sulfurização até o crescimento do cristal 2D. Essa abordagem abrangente valeu a pena."

Nas simulações, a equipe da Rice observou diretamente todo o processo de sulfurização à medida que os átomos de oxigênio e cloro foram gradualmente substituídos por enxofre em MoO₂ Cl₂ , um precursor comum, em condições CVD.

O laboratório disse que o efeito eutético pode ser um fenômeno comum na síntese CVD de monocamadas de dicalcogeneto 2D e, portanto, vale a pena continuar o estudo. + Explorar mais

Pares de laboratório dentro da síntese de cristal 2D