Les chercheurs affirment que ce matériau a des applications prometteuses, comme l’électronique de pointe et les batteries à haute capacité.
L’école des sciences et de l’ingénierie de l’Université de Tulane a créé une nouvelle famille de matériaux bidimensionnels dont les applications sont prometteuses, notamment l’électronique de pointe et les batteries à haute capacité.
La recherche, qui a été dirigée par Michael Naguib, professeur adjoint au département de physique et d’ingénierie physique, a été publiée dans la revue Advanced Materials.
“Les matériaux bidimensionnels sont des nanomatériaux dont l’épaisseur est de l’ordre du nanomètre (un nanomètre est un millionième de millimètre) et les dimensions latérales des milliers de fois l’épaisseur”, a déclaré Naguib. “Leur planéité offre un ensemble unique de propriétés par rapport aux matériaux en vrac”.
La nouvelle famille de matériaux 2D est appelée carbo-chalcogénures de métaux de transition, ou TMCC. Elle combine les caractéristiques de deux familles de matériaux 2D – les carbures de métaux de transition et les dichalcogénures de métaux de transition.
Selon M. Naguib, titulaire de la chaire de début de carrière Ken & ; Ruth Arnold en sciences et ingénierie, cette dernière est une vaste famille de matériaux qui a fait l’objet de recherches intensives et s’est révélée très prometteuse, notamment pour le stockage et la conversion de l’énergie électrochimique. Cependant, il a déclaré que l’une des difficultés de leur utilisation est leur faible conductivité électrique et leur faible stabilité.
Michael Naguib, le Ken & ; Ruth Arnold Early Career Professor in Science and Engineering, est un expert en matériaux bidimensionnels et en stockage d’énergie électrochimique. Crédit : Paula Burch-Celentano
D’autre part, a-t-il ajouté, les carbures de métaux de transition sont d’excellents conducteurs électriques, avec une conductivité beaucoup plus puissante. La fusion de ces deux familles en une seule devrait avoir un grand potentiel pour de nombreuses applications telles que les batteries et les supercondensateurs, la catalyse, les capteurs et l’électronique.
“Au lieu d’empiler les deux matériaux différents comme des blocs de construction Lego avec de nombreuses interfaces problématiques, nous développons ici un nouveau matériau 2D qui possède la combinaison des deux compositions sans aucune interface”, a-t-il déclaré.
“Nous avons utilisé un processus d’exfoliation électrochimique en insérant des ions lithium entre les couches de carbo-chalcogénures de métaux de transition en vrac, suivi d’une agitation dans l’eau”, a déclaré Ahmad Majed, le premier auteur de l’article et un candidat au doctorat en physique et ingénierie des matériaux à Tulane travaillant dans le groupe de Naguib.
Contrairement à d’autres nanomatériaux exotiques, a déclaré Majed, le processus de fabrication de ces nanomatériaux 2D TMCC est simple et évolutif.
Outre Naguib et Majed, l’équipe comprend Jiang Wei, professeur associé de physique et d’ingénierie physique, Jianwei Sun, professeur adjoint de physique et d’ingénierie physique, les doctorants Kaitlyn Prenger, Manish Kothakonda et Fei Wang de Tulane, ainsi que le Dr Eric N. Tseng et le professeur Per O.A. Persson de l’université de Linköping en Suède.
Cette étude a été soutenue par le National Science Foundation Career Award de Naguib qu’il a reçu il y a moins d’un an.
Référence : “Transition Metal Carbo-Chalcogenide “TMCC” : A New Family of 2D Materials” par Ahmad Majed, Manish Kothakonda, Fei Wang, Eric N. Tseng, Kaitlyn Prenger, Xiaodong Zhang, Per O. Å. Persson, Jiang Wei, Jianwei Sun et Michael Naguib, 13 avril 2022, Matériaux avancés.
DOI : 10.1002/adma.202200574
