蚀刻出单层金烯
材料科学领域刚刚实现了一个耀眼的成就：科学家终于创造出了只有单原子厚度的孤立金箔。这是首次利用金属原子制成这样的材料，因为金属原子通常倾向于聚集成液滴或颗粒，而不是沿平面铺散开来。相关研究发表在《自然·合成》（Nature Synthesis）杂志上。
这种新的单层金属叫做“金烯”（goldene），制造它的方法或许可以“拓展材料的边界”，瑞典林雪平大学（Linköping University）的材料科学家拉尔斯·胡尔特曼（Lars Hultman，这项研究的通讯作者）说。他还补充道，金的纳米颗粒已经应用于电子、光子学、传感、生物医学等诸多领域，让人对这种元素特别感兴趣。研究人员预计，金烯会表现出一系列有趣的新特性，就像单原子厚度的碳薄片材料——石墨烯（graphene）一样。
这项新突破建立在胡尔特曼和同事之前的工作基础上，他们将钛碳化硅的多层薄膜加热到670摄氏度左右，使金原子取代材料中的部分硅，从而把金原子嵌入到钛碳化硅中。“好消息是，我们这样做可以得到只有单原子厚度的金层，”胡尔特曼说，“坏消息是，它们被困在‘宿主晶体’钛碳化硅里了。”
多年来，胡尔特曼和他的同事一直在寻找方法，以便去除单原子厚度金层外围的材料，同时完好保留内部脆弱的金箔。最终，一种源自日本、传承上百年的技术给了他们灵感。这种技术使用一种名为村上试剂（Murakami's reagent）的溶液，以此蚀刻日本刀剑和其他金属。于是，胡尔特曼和同事开始尝试用村上试剂来制造单层金烯，结果最初的尝试都失败了，除了外围材料，里面的金也不断被溶解。
为了找到方法，林雪平大学的材料科学家柏屋舜（Shun Kashiwaya，这项研究的第一作者）将目光转向另一个“百年智慧”：1905年一篇德语文章介绍了村上试剂的一种成分——光活化氰化物（light-activated cyanide），并表明在黑暗中使用这种试剂可能是成功的关键。在找到这条重要线索后，柏屋舜说，“我立刻觉得有了希望，认为或许可以在黑暗的环境中实现金烯的制备。”
他是对的。最终，这支研究团队成功制备出了尺寸约100纳米的孤立金烯薄片。研究人员还证实，金烯具有比普通金更高的结合能，这一性质有助于提高金烯催化或启动化学反应的能力。他们计划进一步探究金烯的特性，并尝试将他们的方法应用于其他金属。
美国德雷塞尔大学（Drexel university）的材料科学家尤里·戈戈齐（Yury Gogotsi，未参与这项研究）表示，这项新研究“为开发二维金属材料以及了解它们的特性提供了一个令人兴奋的视角”。戈戈齐还补充说，金烯“在催化等领域的潜在应用是一个值得研究的课题”。
本文选自《环球科学》7月刊“前沿栏目”
本文来自微信公众号“环球科学”。如需转载，请在“环球科学”后台回复“转载”，还可通过公众号菜单、发送邮件到[email protected]与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。
微信扫码关注该文公众号作者