Folhas recém-descobertas de ‘cubos’ em nanoescala são consideradas catalisadores eficientes

<001>, <120> e <100> mostram o arranjo da nanofolha quando vista de diferentes direções, respectivamente. Crédito: Tokyo Metropolitan University

Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio criaram folhas de “cubos” de calcogeneto de metal de transição conectados por átomos de cloro. Enquanto folhas de átomos foram amplamente estudadas, por exemplo, grafeno, o trabalho da equipe inova ao usar clusters em vez disso. A pesquisa foi publicada no periódico Materiais avançados.

A equipe teve sucesso em formar nanofitas dentro de nanotubos de carbono para caracterização estrutural, enquanto também formava folhas de cubos em microescala que podiam ser esfoliadas e sondadas. Essas mostraram ser um excelente catalisador para gerar hidrogênio.

Materiais bidimensionais são um avanço na nanotecnologia, criando materiais com propriedades eletrônicas e físicas exóticas que são específicas à sua natureza semelhante a uma folha.

Embora o grafeno seja bem conhecido, também tem havido muito foco em calcogenetos de metais de transição (TMCs), compostos de um metal de transição e um elemento do grupo 16, como enxofre ou selênio. Por exemplo, nanofolhas de TMCs demonstraram ser capazes de emitir luz e apresentar excelente desempenho como transistores.

Mas, embora os avanços estejam sendo feitos em um ritmo acelerado, na maioria dos casos, o objetivo é fazer com que os átomos formem a estrutura cristalina correta em geometrias semelhantes a folhas.

Uma equipe de pesquisadores da Tokyo Metropolitan University liderada pelo Professor Assistente Yusuke Nakanishi foi inspirada a tentar uma abordagem diferente: é possível usar clusters TMC em vez disso e organizá-los em padrões bidimensionais? Essa nova rota para montar nanofolhas produziria uma classe totalmente diferente de nanomateriais.

A equipe concentrou seus esforços em aglomerados cúbicos “superatômicos” de molibdênio e enxofre. Eles cultivaram seu material a partir de um vapor de cloreto de molibdênio (V) e enxofre nos confins nanométricos de nanotubos de carbono.

As nanofitas que são cultivadas são bem isoladas e podem ser claramente visualizadas usando microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Eles confirmaram que seu material consistia em “cubos” isolados de sulfeto de molibdênio conectados por átomos de cloro, distintos de estruturas cúbicas encontradas em materiais a granel.

Mas para que o material seja útil em aplicações, ele precisa ser feito em dimensões maiores. No mesmo experimento, a equipe encontrou um material escamoso revestindo o interior do tubo de reação de vidro.

Ao separar o sólido das paredes, eles descobriram que ele era feito de flocos relativamente grandes em microescala compostos dos mesmos aglomerados superatômicos dispostos em um padrão hexagonal. Embora a equipe tenha apenas começado a explorar o potencial de seu novo material, eles já mostraram teoricamente que a mesma estrutura sob pequenas tensões poderia emitir luz.

Eles também descobriram que ele pode ser um catalisador eficaz para a reação de evolução de hidrogênio (HER), mais comumente vista quando o hidrogênio é gerado quando uma corrente passa pela água. Comparado com o dissulfeto de molibdênio, ele próprio um material catalítico promissor, o novo material em camadas mostrou corrente significativamente maior em tensões mais baixas quando sondado, indicando maior eficiência.

Embora ainda haja mais por vir, sua nova abordagem para montar nanofolhas promete uma gama completa de novos materiais projetados racionalmente com novas funções interessantes.