Os materiais de Janus - batizados em homenagem ao deus grego da dualidade de duas faces - têm duas superfícies com propriedades físicas distintas. Como tal, eles oferecem benefícios exclusivos, como alta eficiência solar para hidrogênio.
Os materiais anisotrópicos exibem propriedades diferentes quando medidos ao longo de diferentes direções. No caso do B 2 P 6 , a difusão iônica é fortemente anisotrópica, um recurso que pode ser potencialmente útil em soluções de armazenamento de energia acessíveis, como baterias de íons metálicos.
Ao contrário de antecedentes, como o grafeno, outro material 2-D, esse novo material tem um gap amplamente ajustável que o torna um candidato melhor para uso em dispositivos eletrônicos.
Udo Schwingenschlögl, professor de física aplicada na KAUST, e Minglei Sun, um pós-doutorado, realizaram uma pesquisa detalhada para a estrutura cristalina 2-D mais estável de compostos binários compreendendo átomos de boro e fósforo até chegarem a B 2 P 6 .
"Usamos pesquisas evolucionárias de última geração e cálculos de primeiros princípios para prever essa estrutura ", diz Sun.
Com base na evolução biológica , a pesquisa evolutiva é um método computacional pelo qual os cientistas podem pesquisar uma estrutura cristalina dentro de milhares de candidatos. Usando essa estrutura como entrada nos cálculos dos primeiros princípios, eles podem determinar as propriedades físicas de acordo com os princípios da teoria quântica.
"Os recursos extraordinários proporcionados pela anisotropia e pela geometria de Janus nos inspiraram a pesquisar um material 2-D que combine esses méritos", explica Sun. Essa combinação permite novas propriedades e, por sua vez, aplicações mais amplas.
Em pesquisas preliminares , o B 2 P 6 mostrou uma excelente promessa no campo da eletrônica e para aplicação na conversão e armazenamento de energia.
O novo material demonstra forte absorção de luz, tornando-o potencialmente útil na produção de combustível limpo a partir da separação fotocatalítica da água - um processo que usa luz natural ou artificial para produzir hidrogênio a partir da água. É mais eficiente que os fotocatalisadores tradicionais, principalmente devido à baixa taxa de recombinação dos portadores fotogerados.
"Para B 2 P 6 , a recombinação de portadores fotogerados é significativamente suprimida pelo campo elétrico intrínseco induzido por sua estrutura de Janus", explica Sun. "Isso significa que mais transportadores fotogerados participarão das reações redox para separação da água. A eficiência de utilização do transportador chega a 45,1 por cento".
Em seguida, os pesquisadores planejam "prever materiais Janus 2-D mais anisotrópicos com propriedades extraordinárias e fornecer diretrizes experimentais para colegas", diz Schwingenschlögl.
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