Kombinace různých vlastností dvourozměrných materiálů povzbuzuje výzkum k odhalení nového průkopníka.
Evoluční výzkum pomohl vědcům předpovědět strukturu nejnižší energie v dvojrozměrném (2D) materiálu, B2P6, s některými zvláštními rysy, včetně strukturální anizotropie a Janusovy geometrie.
Materiál Janus – pojmenovaný podle dvoustranné řecké božské duality – má dvě tváře různých fyzikálních vlastností. Jako takové nabízejí jedinečné výhody, jako je vysoká účinnost solární energie na vodík.
Anizotropní materiály vykazují různé vlastnosti při měření v různých směrech. V případě B2P6, uvolňování iontově silné anizotropní látky, složky, která může být užitečná v účinných řešeních pro skladování energie, jako jsou kovově-iontové baterie.
Na rozdíl od předchůdců, jako grafenDalší 2D materiál, tento nový materiál má mnoho laditelných mezer v pásmu, což z něj činí vynikajícího kandidáta pro použití v elektronických zařízeních.
Tým KAUST používá nejmodernější evoluční vyhledávání a výpočty prvního principu k předpovědi struktury B2P6. Kredit: © 2020 FOLDER
Udo Schwingenschlögl, profesor aplikované fyziky na KAUSTU, a Minglei Sun, postdoktor, provedli podrobné hledání nejsilnější 2D krystalové struktury binárních sloučenin obsahujících bory a atomy fosforu, dokud nedosáhne B2P6.
„K předpovídání této struktury používáme nejmodernější evoluční vyhledávání a výpočty prvního principu,“ říká Sun.
V souladu s biologickou evolucí je hledání evoluce výpočetní metodou, při které mohou vědci hledat krystalovou strukturu u tisíců kandidátů. Pomocí této struktury jako kombinace výpočtů na prvních principech mohou určit fyzikální vlastnosti podle principů kvantové teorie.
“Úžasné tvary poskytované anizotropií a Janusovou geometrií nás inspirují k hledání 2D materiálu, který tyto přednosti kombinuje,” vysvětluje Sun. Tato kombinace umožňuje nové vlastnosti a místo toho více aplikací.
V předběžném výzkumu B2P6 demonstruje vynikající odhodlání v oblasti elektroniky a pro aplikace přeměny a skladování energie.
Nový materiál odráží intenzivní absorpci světla, díky čemuž je použitelný pro výrobu čistého paliva z fotokatalytického štěpení vody – proces, při kterém se k výrobě vodíku z vody používá přírodní nebo umělé světlo. To je efektivnější než u tradičních fotokatalistů, zejména kvůli nízké míře znovusjednocení fotogenizovaných nosičů.
„Pro B2P6„znovusjednocení fotogenicky generovaných nosičů bylo omezeno vnitřním elektrickým polem generovaným Janusovou strukturou,“ vysvětluje Slunce. „To znamená, že mnoho fotogenizovaných nosičů se bude podílet na redoxních reakcích pro separaci vody. Účinnost využití dopravce až 45,1 procenta. “
Vědci dále plánují „předpovědět nejvíce anizotropní materiály Janus 2D s jedinečnými vlastnostmi a poskytnout partnerům experimentální pokyny,“ říká Schwingenschlögl.
Reference: “B2P6: Dvourozměrný anizotropní materiál Janus s potenciálním rozdělením fotokatalytické vody a metal-iontovými bateriemiAutor: Minglei Sun a Udo Schwingenschlögl, 27. května 2020, Chemie materiálů.
DOI: 10,1021 / acs.chemmater.0c01536