Pendaratan Sempurna di Kisi Atom – Jalur Baru untuk Peningkatan Katalisis dan Deteksi Gas

Kombinasi metode yang inovatif memungkinkan lokalisasi yang tepat dari atom individu dalam bahan ultrathin.

Sebuah tim peneliti dari University of Vienna dan Tu Wien telah berhasil menanamkan atom platinum individu menjadi bahan ultrathin dan, untuk pertama kalinya, menunjukkan posisi mereka di dalam kisi dengan ketepatan atom. Terobosan ini dicapai dengan menggunakan pendekatan baru yang menggabungkan rekayasa cacat dalam bahan host, penempatan atom platinum yang terkontrol, dan teknik pencitraan elektron kontras tinggi, yang dikenal sebagai ptychography. Hasilnya, yang diterbitkan dalam Nano Letters, membuka kemungkinan baru untuk menjahit material yang tepat pada skala atom.

Meningkatkan kinerja bahan untuk aplikasi seperti katalisis (percepatan reaksi kimia) atau deteksi gas selektif membutuhkan kontrol tingkat atom dari strukturnya. Penting untuk ini adalah apa yang disebut pusat aktif – situs kecil pada permukaan material di mana reaksi kimia terjadi atau molekul gas dapat secara khusus mengikat. Pusat -pusat ini sangat efektif ketika terdiri dari atom logam tunggal, seperti platinum. Penelitian saat ini bertujuan untuk menghasilkan bahan -bahan tersebut dan secara bersamaan untuk memvisualisasikan strukturnya secara tepat di tingkat atom.

Pandangan tajam ke kisi atom

Bahan inang, molibdenum disulfide (MOS2), adalah semikonduktor ultrathin dengan struktur yang sangat merdu. Untuk memperkenalkan situs aktif baru, para peneliti menggunakan iradiasi ion helium untuk sengaja membuat cacat skala atom – seperti lowongan sulfur – pada permukaan MOS2. Situs lowongan ini kemudian diisi secara selektif dengan atom platinum individu. Substitusi atom yang tepat ini, yang dikenal sebagai doping, memungkinkan penyetelan terkontrol sifat material untuk aplikasi tertentu.

Sampai sekarang, tidak ada bukti langsung yang menunjukkan posisi tepat dari atom asing yang diperkenalkan dalam kisi atom, karena mikroskop elektron konvensional tidak memiliki kontras yang diperlukan untuk secara jelas membedakan antara jenis cacat yang berbeda, seperti lowongan sulfur tunggal dan ganda. Oleh karena itu, para peneliti menggunakan “ptychography-sidebography” (SSB), metode pencitraan canggih berdasarkan analisis pola difraksi elektron. Penulis utama David Lamprecht, yang memprakarsai penelitian di Universitas Wina dan melanjutkannya di Tu Wien, menekankan pentingnya pendekatan ini: “Dengan kombinasi kami tentang rekayasa cacat, doping, dan ptykografi, kami mampu memvisualisasikan. Menggunakan simulasi komputer, berbagai situs penggabungan – seperti posisi belerang atau molibdenum – dapat diidentifikasi secara tepat, menandai langkah penting menuju desain material yang ditargetkan.

Dua aplikasi, satu atom

Kombinasi penempatan atom yang ditargetkan dan pencitraan yang tepat secara atom membuka kemungkinan baru di dua bidang utama untuk masa depan: katalisis dan penginderaan gas. Atom platinum individu yang ditempatkan di lokasi yang ditentukan tepat dapat bertindak sebagai katalis yang sangat efisien – misalnya, dalam produksi hidrogen yang ramah lingkungan. Pada saat yang sama, bahan dapat disesuaikan hanya untuk merespons molekul gas tertentu. “Dengan tingkat kontrol atas penempatan atom ini, kita dapat mengembangkan sensor yang difungsikan secara selektif – peningkatan yang signifikan atas metode yang ada,” menekankan Jani Kotakoski, penulis terakhir dan pemimpin kelompok penelitian di Fakultas Fisika, Universitas Wina.

Blok bangunan untuk bahan fungsional

Pendekatan metodologis ini tidak terbatas pada platinum dan MOS2 dan pada prinsipnya, dapat diterapkan pada banyak kombinasi lain dari bahan 2D dan atom dopan. Tim ini bertujuan untuk lebih menyempurnakan teknik ini, misalnya dengan mencapai kontrol yang lebih tepat atas penciptaan cacat atau dengan menambahkan langkah-langkah pasca perawatan. Tujuan utamanya adalah untuk membuat bahan fungsional dengan sifat yang disesuaikan, di mana setiap atom menempati posisi yang ditentukan dengan tepat.

Publikasi asli

Mengungkap struktur atom dopan platinum substitusional di mos₂ dengan ptylography single-sideband. David Lamprecht, Anna Benzer. N surat nono. Doi: 10.1021/ac.