Podivuhodný zlaten je novým želízkem v ohni 2D materiálů

Grafen je sice stále úžasný, ale o pozornost světa se perou další 2D materiály. Novinkou z výhně objevů materiálových vědců je zlaten od týmu švédské Linköpings universitet, 2D materiál z jediné vrstvy atomů zlata. Mohl by se uplatnit jako velmi výkonný katalyzátor rozmanitých procesů nebo třeba při výrobě elektroniky.

2D zlato. Kredit: DALL-E.

Objev grafenu v roce 2004 přinesl světu supertenkou formu uhlíku, která otevřela dveře výzkumu a praktickému využití 2D materiálů. Ukázalo se, že když vytvoříme nesmírně tenké vrstvy rozmanitých materiálů, jejichž tloušťka činí jeden nebo několik atomů, získáme materiál, který má velmi zajímavé vlastnosti, často velmi odlišné od vlastností materiálu stejného složení, který je normální 3D.

Shun Kashiwaya. Kredit: Linköpings universitet.

Materiálový vědec Shun Kashiwaya ze švédské Linköpings universitet a jeho spolupracovníci nedávno rozšířili spektrum 2D materiálů o zlaten (goldene, podle mluvnického vzoru grafen, graphene), který představuje vrstvu zlata o tloušťce jediného atomu.

Stejně jako v případě grafenu a dalších 2D materiálů se zlaten svými vlastnostmi liší od trojrozměrného zlata. Zlaten se liší od 3D zlata především tím, že je polovodič, zatímco zlato je jedním z nejlepších vodičů jaké známe.

Kashiwaya a spol. zdůrazňují, že atomy zlata ve 2D zlatenu obsahují vždy 2 volné chemické vazby. To zlaten přímo předurčuje, aby se zhostil role účinného katalyzátoru, například při zneškodňování oxidu uhličitého, produkci vodíku či dalších užitečných chemických látek nebo třeba při čištění odpadní vody.

Logo. Kredit: Linköpings universitet.

Ze zlatenu by mohla těžit i elektronika, protože jeho použití ušetří množství tohoto cenného kovu při výrobě elektronických komponent.

Háček je v tom, že výroba zlatenu je o poznání komplikovanější než v případě grafenu. Atomy zlata mají nepříjemný zvyk se shlukovat a je obtížné zařídit, aby vytvořily 2D materiál. V Linköpingu začali tím, že umístili tenkou vrstvu křemíku do „sendviče“ tvořeného vrstvou titanu a karbidu. Celé se to pak obalilo zlatem. Kus takto vytvořené tkáně zahřáli na vysoké teploty, důsledku čehož došlo k nahrazení vrstvy křemíku vrstvou zlata.

Asi největší výzvou pro badatele bylo dostat zlato ven ze „sendviče“ a zařídit, aby vznikl použitelný zlaten. Vědci k tomu využili takzvanou Murakamiho sloučeninu, která se v tradičním japonském kovářství používá k odstraňování odpadního uhlíku z kovu. Kashiwaya s kolegy nechal působit Murakamiho sloučeninu ve slabé koncentraci po dobu až 2 měsíců. Nakonec stabilizoval zlaten surfaktantem. Pro zlaten je to slibný začátek. Jeho výzkum teprve začal. Jakých se asi dočká aplikací?

Video: How Two Physicists Unlocked the Secrets of Two Dimensions