Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio criaram uma nova maneira de transformar folhas atomicamente finas de átomos em “nanoscrolls”. Sua abordagem exclusiva usa folhas de dichalcogeneto de metal de transição com uma composição diferente em ambos os lados, realizando um rolo apertado que fornece rolos de até cinco nanômetros de diâmetro no centro e micrômetros de comprimento. O controle sobre a nanoestrutura nesses pergaminhos promete novos desenvolvimentos em catálise e dispositivos fotovoltaicos.



A nanotecnologia está nos dando novas ferramentas para controlar a estrutura dos materiais em nanoescala, prometendo um conjunto completo de nanoferramentas para os engenheiros criarem materiais e dispositivos da próxima geração.

Na vanguarda desse movimento, uma equipe liderada pelo Professor Associado Yasumitsu Miyata, da Universidade Metropolitana de Tóquio, vem estudando formas de controlar a estrutura dos dichalcogenetos de metais de transição (TMDC), uma classe de compostos com uma ampla gama de propriedades interessantes, como flexibilidade , supercondutividade e absorvância óptica única.

Em seu último trabalho, publicado na ACS Nano eles se concentraram em novas maneiras de fazer nanorolos, nanofolhas enroladas em estruturas semelhantes a pergaminhos. Esta é uma abordagem atraente para fazer estruturas de paredes múltiplas:como a estrutura de cada folha é a mesma, as orientações das camadas individuais estão alinhadas umas com as outras. No entanto, as duas formas existentes de fazer nanoscrolls apresentam problemas significativos.

Em um deles, a remoção de átomos de enxofre da superfície da nanofolha cria distorções que fazem com que a folha enrole; mas ao fazer isso, eles destroem a estrutura cristalina da folha. No outro, um solvente é introduzido entre a nanofolha e o substrato, soltando a folha da base e permitindo a formação de nanorolos livres de defeitos. No entanto, estruturas tubulares feitas desta forma tendem a ter diâmetros grandes.

Em vez de abordagens como essa, a equipe criou uma nova maneira de enrolar as folhas. Começando com uma nanofolha de seleneto de molibdênio monocamada, eles trataram a nanofolha com plasma e substituíram os átomos de selênio de um lado por enxofre; tais estruturas são chamadas de nanofolhas de Janus, em homenagem ao antigo deus de duas faces. A adição suave de um solvente solta então as folhas da base, que então rolam espontaneamente em rolos devido à assimetria entre os lados.

Esses novos nanoscrolls têm vários mícrons de comprimento, significativamente mais longos do que as nanofolhas TMDC de parede única fabricadas anteriormente. Além disso, descobriu-se que eles estavam mais enrolados do que nunca, com um centro de até cinco nanômetros de diâmetro, atendendo às expectativas teóricas. Descobriu-se também que os pergaminhos interagem fortemente com a luz polarizada e possuem propriedades de produção de hidrogênio.

Com controle sem precedentes sobre a nanoestrutura, o novo método da equipe constitui a base para o estudo de novas aplicações de nanoscrolls TMDC para catálise e dispositivos fotovoltaicos.

Mais informações: Masahiko Kaneda et al, Nanoscrolls of Janus Monolayer Transition Metal Dichalcogenetes, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c05681
Fornecido pela Universidade Metropolitana de Tóquio