ナノシート: 二次元ゴールドの作り方
金原子の単一層を作成することは以前は不可能でした。 専門家は現在、セラミック、石鹸、日本の金属工芸の技術を使用して、この貴重な葉を生産しています。
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金は非常に薄いシートに簡単に打ち出すことができますが、金属の原子層を正確に 1 つ作成することはさらに困難です。
グラフェンの発見以来、専門家は正確に 1 層の原子で構成される新しい材料を発見し続けてきました。 二次元と呼ばれるこのような材料は、3 つの空間方向に配置された原子で構成される古典的な材料には見られない珍しい特性を持っていることがよくあります。 しかし今、非常に特別な奇跡の箔が追加されています。それは、日本の鍛造技術を使用して作られた二次元の金です。 スウェーデンのリンシェーピング大学のラース・ハルトマン氏と柏谷俊氏らのグループは、金原子の層がクラスターを形成するのを防ぐ3段階の方法を開発した。 この作業グループは現在、科学誌「Nature Synthesis」で報告している。得られた材料は、グラフェンに似た「ゴールデン」と呼ばれ、半導体です。 さらに、このフィルムはナノ粒子よりもさらに化学反応性が高いため、実行が難しい化学反応にも興味深いものとなっています。
金自体は、しばらくの間、化学研究の焦点となってきました。 この材料のナノ粒子は、異常な方法で光と相互作用し、他の方法では実行が不可能または困難な化学反応も可能にします。 しかし、近年発見された他の多くの二次元材料と同様に、金の単一原子層を生成することは、これまでのところ不可能であることが証明されている。 このような金の薄い層は、望ましい滑らかな層ではなく、塊を形成する傾向があります。 だからこそハルトマンと柏谷は回り道をせざるを得なかったのだ。 まず、専門家は金原子をセラミックに組み込むことによって金原子の層を作成しました。
実はこのアプローチは偶然の発見から生まれました。 大学のプレスリリースによると専門家らの報告。 実際、彼らは単に炭化ケイ素とチタン素材を金でコーティングしたかっただけです。 しかし、彼らは、金が材料に浸透し、シリコンの層を置き換えることを発見しました。 次に、セラミックに埋め込まれた金の層を発見する必要がありましたが、それを囲む炭化チタンはすべての材料の中で最も硬い材料の 1 つです。 ここでも偶然、ハルトマン氏は、日本の鍛冶屋が鋼の表面を処理して炭素を含む残留物を除去するために使用している技術に出会った。 使用されるフェリシアン化カリウムと水酸化カリウムの溶液は、村上試薬と呼ばれ、炭化物を溶解するために工業的にも使用されます。
しかし、作業グループは手順を変更する必要がありました。 一方で、光によって溶液中にシアン化物が形成され、金が溶解するため、反応は暗闇で行われなければなりません。 一方、除去された二次元金層は不安定である。 金原子は凝集する傾向があるため、薄いシートもカールしたり、しわができたりします。 これを防ぐために、研究チームは溶液に石鹸のような分子を加え、カーバイドから離れると金箔に付着するようにした。 この安定化分子の層は、最終的には望ましい金を望ましい形状に保持します。
二次元の形状では、金には 2 つの不飽和結合があり、そのため凝集しやすく、さまざまな物質と結合して反応することができます。 さらに、フィルムの特定の電子特性は、太陽電池などにとって興味深い可能性があります。 しかし最も重要なことは、作業グループがこの技術を利用して、長年確立されてきた用途で以前よりもはるかに少ない金の使用量を実現できる機会があると考えていることです。結局のところ、この金属は決して安いものではありません。
自然合成、10.1038/s44160-024-00518-4、2024
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