新发现的纳米级“立方体”薄片被发现是有效的催化剂

东京都立大学的研究人员创造了由氯原子连接的过渡金属硫族化物“立方体”片。虽然原子片已被广泛研究，例如石墨烯，但该团队的工作通过使用团簇开辟了新天地。这项研究发表在《先进材料》杂志上

该团队成功地在碳纳米管内形成了用于结构表征的纳米带，同时还形成了可以剥离和探测的微型立方体片。这些被证明是产生氢气的优秀催化剂

二维材料是纳米技术的突破，实现了具有奇特电子和物理特性的材料，这些特性是其片状性质所特有的

虽然石墨烯是众所周知的，但也有很多人关注过渡金属硫族化物（TMC），它由过渡金属和硫或硒等16族元素组成。例如，TMC的纳米片已被证明能够发光，并显示出作为晶体管的优异性能

但是，虽然进展很快，但在大多数情况下，它是关于让原子在片状几何形状中形成正确的晶体结构

由助理教授Yusuke Nakanishi领导的东京都立大学研究团队受到启发，尝试了一种不同的方法：是否有可能使用TMC集群，并将其排列成二维模式？这种组装纳米片的新方法将产生一类完全不同的纳米材料

该团队将研究重点放在钼和硫的立方“超原子”团簇上。他们在碳纳米管的纳米尺度范围内，从氯化钼（V）和硫的蒸汽中生长出材料

生长的纳米带隔离良好，可以使用透射电子显微镜（TEM）清晰成像。他们证实，他们的材料由孤立的硫化钼“立方体”组成，这些立方体由氯原子连接，与块状材料中的立方体结构不同

（a）钼和硫原子的立方超原子团。（b） 传统的“面心立方”结构（如氯化钠、食盐）和散装材料中报告的包合物结构。图片来源：东京都立大学（a）由氯原子桥接的立方体团簇的受限纳米带示意图。（b） 扫描透射电子显微镜（STEM）图像的特写，以及（c）较低放大倍数的视图，显示碳纳米管中的限制。图片来源：东京都立大学

但要使材料在应用中有用，需要在更大的尺寸上制作。在同一个实验中，研究小组发现了一种片状材料覆盖在他们的玻璃反应管内部

通过将固体与壁分离，他们发现它是由相对较大的微尺度薄片组成的，这些薄片由以六边形排列的相同超原子团组成。尽管该团队刚刚开始探索新材料的潜力，但他们已经从理论上证明，在微小应力下，相同的结构可以发光

他们还发现，它可能是析氢反应（HER）的有效催化剂，最常见于电流通过水中产生氢气时。与本身是一种有前景的催化材料二硫化钼相比，这种新型层状材料在探测时在较低电压下显示出明显更高的电流，表明效率更高

尽管还有更多，但他们组装纳米片的新方法有望提供一系列新的合理设计的材料，具有令人兴奋的新功能 More information: Yusuke Nakanishi et al, Superatomic Layer of Cubic Mo4S4 Clusters Connected by Cl Cross‐Linking, Advanced Materials (2024). DOI: 10.1002/adma.202404249

Journal information: Advanced Materials