Moleküller ve İyonlarda Elek Görevi Gören İki Boyutlu SiO2
Fotoğraf 1 : Çıplak gözle görülemeyen iki boyutlu silikon dioksit tabakası, altın bir yüzey üzerinde biriktirilir.
Bielefeld, Bochum ve Yale’den araştırmacılar, iki boyutlu (2D) bir silikon dioksit (SiO2) tabakası üretmeyi başardılar. Bu malzeme doğal gözenekler içerir ve bu nedenle moleküller ve iyonlar için bir elek gibi kullanılabilir. Bilim adamları, deniz suyunun tuzdan arındırılmasına yardımcı olabilecekleri ve yeni yakıt pili türlerinde kullanılabilecekleri için uzun süredir bu tür malzemeleri arıyorlardı. Çalışma, Bielefeld Üniversitesi’nden Dr. Petr Dementyev, Ruhr-Universität Bochum’dan Profesör Anjana Devi ve Profesör Anjana Devi tarafından yönetilen ekipler tarafından ortaklaşa yürütülmüştür.
Kristal Kafeste Doğal Olarak Oluşan Gözenekler
İki boyutlu malzemeler yüksek hassasiyetle delindiğinde, belirli iyonları ve molekülleri filtrelemek için kullanılabilirler. Araştırmacılar bu amaçla karbon atomlarından oluşan malzeme grafenini defalarca delmeye çalıştılar. Doğal gözenekleri olmadığı için suni olarak yerleştirilmelidir. Ancak malzemeye kalıcı olarak zarar vermeden grafende belirli bir boyutta delikler oluşturmak zordur. Bunun nedeni, anormal açılımlar olduğundan mekanik stabilitesini kaybetmesidir. Sonuç olarak, bir alternatif bulunmalıydı. Mevcut çalışmada, araştırma ekibi, iki boyutlu silikon dioksitin kristal kafesinin doğası gereği gözenekler içerdiği gerçeğinden yararlandı. Bu gözeneklerin belirli gazları birbirinden ayırmak için kullanılabileceğini gösterdiler.
Bielefeld’deki Supramoleküler Sistemler ve Yüzeyler Fiziği araştırma grubundan Petr Dementyev, “Bu çok heyecan verici çünkü 2D silikon dioksit, doğası gereği yapay zarlarda oluşturulması mümkün olmayan çok yüksek yoğunlukta küçük gözeneklere sahip” diyor. “Delikli grafenden farklı olarak, gözeneklerin hepsi neredeyse aynı boyutta. Ve o kadar çok sayıda var ki, malzeme moleküller için ince gözenekli bir elek gibi davranıyor.” dedi.
Fotoğraf 2 : İki boyutlu silika, belirli moleküllere geçirgen (sağda), ancak diğerlerine karşı geçirgen olmayan (solda) gözeneklere sahiptir. Bu nedenle moleküller için bir elek görevi görür.
2D silika 2010’dan beri biliniyor. Ancak, üretimi çok pahalıydı ve bu sadece küçük bir ölçekte yapılabiliyordu. Bochum, Bielefeld ve Yale’den araştırmacılar, malzeme kimyası, kimya mühendisliği ve kimya fiziğindeki uzmanlığı bir araya getirerek yeni bir malzeme üretim süreci geliştirdiler. Altın bir yüzey üzerinde tek bir silikon dioksit tabakası biriktirmek için atomik katman birikimini kullandılar. Araştırmacılar, yüksek basınçlı bir işlem kullanarak katmanı iki boyutlu formuna aktardılar ve ardından spektroskopi ve mikroskopi aracılığıyla ayrıntılı olarak karakterize ettiler. Daha sonra bir vakum odasında 2 boyutlu membrandan gaz akışını incelediler.
Buharlı su ve alkol silika tabakasına nüfuz ederken, nitrojen ve oksijen gazları geçemezdi. Anjana Devi, “Seçici geçirgenliğe sahip bu tür malzemeler endüstride yüksek talep görüyor” diyor. Bununla birlikte, 2D silika pratikte kullanılmadan önce, malzemenin yüzeyine tam olarak kaç farklı molekülün bağlanabileceğini veya nasıl nüfuz edebileceğini değerlendirmek önemlidir.
Inorganic Materials Chemistry araştırma grubundan Anjana Devi, “Sonuçlarımızın dünya çapındaki malzeme bilimi topluluğuyla yüksek düzeyde ilgili olmasını bekliyoruz,” diyerek sözlerini sonlandırıyor. Bu tür 2D membranlar, örneğin enerji dönüşümü veya depolama alanında, sürdürülebilir kalkınmaya yardımcı olmanın ön saflarında yer alabilir.”
Kaynak. phys.org
