Los científicos crean novedosas nanohojas 2D sintonizables por banda prohibida hechas de oxinitruros de perovskita
por Staff Writers
Kumamoto, Japón (SPX) 21 de marzo de 2023
Las nanoláminas monocapa bidimensionales hechas de perovskita en capas tienen muchas propiedades deseables. Sin embargo, ha sido difícil crearlos con bandas prohibidas sintonizables en la región visible sin agregar defectos de oxígeno. Recientemente, investigadores de Japón pudieron desarrollar con éxito nanoláminas químicamente estables a partir de oxinitruros de perovskita que tenían bandas prohibidas controlables. Estas nanoláminas tienen un inmenso potencial para su uso futuro en fotocatálisis, electrocatalizadores y otras tecnologías sostenibles.
Las nanoláminas, que incluyen el conocido material grafeno, son materiales que poseen espesores homogéneos a nanoescala, superficies planas y alta cristalinidad. Las nanohojas tienen amplias aplicaciones en fotocatálisis, fotoluminiscencia y electrónica. Recientemente, las perovskitas, que tienen propiedades semiconductoras, han recibido atención en la comunidad científica como un material prometedor para producir nanoláminas monocapa bidimensionales (2D).
Sin embargo, estas nanoláminas necesitarían tener una banda prohibida correspondiente a la energía de la luz visible para ser útiles, ya que esto determinaría cuándo el semiconductor conduce la electricidad. La capacidad de ajuste de la banda prohibida sigue siendo un gran desafío para los investigadores, ya que es difícil crear nanoláminas 2D a partir de perovskita con una banda prohibida ajustable.
Para resolver este problema, un equipo de investigadores de la Universidad de Kumamoto, incluido el profesor Shintaro Ida del Instituto de Nanomateriales Industriales, decidió centrarse en un grupo de materiales de perovskita conocidos como oxinitruros de perovskita en capas de fase Ruddlesden-Popper (RP). En su artículo publicado en la revista Small, los investigadores pudieron crear con éxito nanoláminas de oxinitruro de perovskita 2D con una banda prohibida sintonizable utilizando su nuevo proceso.
“Las nanoláminas semiconductoras de oxinitruro metálico que contienen oxígeno, nitrógeno y un metal no se han investigado mucho. Las películas delgadas hechas de estos materiales demuestran funciones superiores a las de los óxidos. Por lo tanto, su síntesis tendrá un gran impacto en este campo. Sintetizamos nanoláminas a partir de oxinitruros de perovskita en fase RP cuyas propiedades, como su banda prohibida, se pueden ajustar libremente”, explica el profesor Ida, autor correspondiente del estudio.
Los investigadores utilizaron por primera vez óxido de lantano y niobio (KLaNb2O7) prístino en fase Dion-Jacobson como material precursor. Luego procedieron a agregar nitrógeno a esto a través de un proceso llamado nitruración. Los investigadores agregaron nitrógeno a diferentes temperaturas que van desde 750C a 800C al material. Esto condujo a la creación del derivado de oxinitruro en fase RP. Después de esto, pudieron usar un proceso de intercalación de dos pasos para exfoliar nanoláminas de oxinitruro de niobio y lantano con la fórmula LaNb2O7-xNx ('x' es la cantidad de nitrógeno agregado a la perovskita).
Al probar estas nanoláminas, los investigadores vieron que el material tenía un espesor homogéneo de 1.6 nm y exhibía diferentes colores, que iban del blanco al amarillo, según la temperatura de nitruración. Las nanoláminas también exhibieron la deseable propiedad semiconductora de tener una banda prohibida sintonizable en la región visible, que oscila entre 2.03 y 2.63 eV, en función de la temperatura de nitruración.
Luego, el equipo preparó una estructura de "superred" que constaba de capas alternas de nanoláminas sintetizadas y nanoláminas de óxido (Ca2Nb3O10). Al probar las propiedades de esta superred, descubrieron que exhibía una conductividad de protones superior y una excelente actividad fotocatalítica.
“Los resultados de este estudio abrirán nuevas posibilidades para producir múltiples superredes mediante el empleo de nanoarquitecturas químicas blandas basadas en nanoláminas 2D”, especula un entusiasta profesor Ida. "Esto nos acercará un paso más a una sociedad sostenible, ya que estas nanoláminas permitirían la división eficiente del agua como fotocatalizador y también en la creación de dispositivos electrónicos más complejos y de mejor rendimiento".
Informe de investigación:Nanoláminas de oxinitruro sintonizable de banda prohibida LaNb2O7-xNx
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Universidad de Kumamoto
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- Fuente: https://www.solardaily.com/reports/Scientists_create_novel_bandgap_tunable_2D_nanosheets_made_from_perovskite_oxynitrides_999.html
