Desde que o grafeno recebeu o Prêmio Nobel em 2010, os materiais bidimensionais (2D) continuaram a atrair a atenção dos pesquisadores nos campos de fabricação de dispositivos 2D de lógica, armazenamento, optoeletrônicos e fotônicos devido à espessura atômica e excelente desempenho. Com base na pesquisa do grafeno, os cientistas descobriram alguns outros materiais 2D, como dicalcogenetos de metal de transição em camadas (TMDs), nitreto de boro hexagonal (h-BN) e semicondutores do grupo III-V sem camadas.
Recentemente, óxidos de terras raras 2D (REOs) surgiram como uma família de materiais sem camadas única e promissora. O 4f não preenchido orbitais de elementos de terras raras são protegidos pela camada externa totalmente preenchida, portanto, o 4f não pareado elétrons de íons de terras raras normalmente não estão envolvidos em reações químicas, levando a propriedades promissoras em atividades luminescentes, magnéticas, eletrônicas e catalíticas. Os REOs 2D combinam as propriedades únicas dos elementos de terras raras e têm sido amplamente utilizados em óptica, magnetismo, catalisadores de alta eficiência, transistores, biomedicina e outros campos.

Além disso, é relatado que a faceta do cristal também tem certa influência nas propriedades dos materiais 2D. Portanto, é muito significativo sintetizar de forma controlada materiais 2D com facetas específicas. No entanto, devido à sua estrutura não estratificada, é um desafio controlar o crescimento anisotrópico 2D do material. Além disso, como os materiais 2D irão expor a faceta mais estável com a menor energia, é particularmente importante controlar a termodinâmica dos materiais.

Em resposta a esses desafios, recentemente, em um artigo de pesquisa publicado na National Science Review , cientistas da Universidade de Wuhan, na China, apresentaram um novo paradigma e realizaram a síntese controlável de facetas de uma série de REOs 2D sem camadas. A introdução de um assistente de controle de faceta (FCA) pode controlar a nucleação 2D das facetas predeterminadas e ajustar o modo de crescimento e a direção dos cristais.

Os autores afirmaram:"De acordo com a teoria hard-soft-acid-base (HSAB), os íons RE são ácidos duros e preferem ter afinidades com a base. Empregamos NH₄ X como o FCA e os íons haletos pertencentes à base atuam como o assistente ativo. A introdução de FCA não apenas controla a nucleação 2D das facetas predeterminadas e promove o crescimento anisotrópico 2D de REOs, mas também leva à mudança na energia de superfície relativa de cada faceta com o aumento da concentração de FCA e, eventualmente, determina a faceta de exposição final. . A estratégia pode ser estendida para a síntese controlável de uma série de cristais únicos de REOs 2D, incluindo REOs leves (CeO₂ , Nd₂ O₃ ), REOs intermediários (Sm₂ O₃ , Eu₂ O₃ ) e REOs pesados ​​(Dy₂ O₃ , Ho₂ O₃ , Y₂ O₃ ), respectivamente."

Tomando CeO₂ como exemplo, eles estudaram sistematicamente as diferenças estruturais atômicas do CeO 2D crescido₂ (111) e CeO₂ (100) cristais simples. Além disso, eles conduziram experimentos e cálculos de DFT para confirmar ainda mais o mecanismo. É demonstrado que com uma baixa concentração de FCA, a energia de superfície calculada de CeO₂ (111) é menor e CeO 2D₂ (111) é preferível ser obtido. Com o aumento da concentração de FCA, a energia de superfície calculada de CeO₂ (100) é menor e a morfologia do cristal correspondente torna-se quadrada. Eles também exploraram as propriedades paramagnéticas relacionadas a facetas de cristais únicos de REOs 2D.

"Nosso trabalho versátil traz novos insights para realizar o crescimento anisotrópico de materiais REOs 2D sem camadas e enriquece a família de materiais 2D", diz o Prof. Lei Fu. "Notavelmente, a alta manobrabilidade desta estratégia abre oportunidades para projetar novos materiais, estudando suas propriedades e aplicações potenciais em uma ampla gama." + Explorar mais

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