研究团队从铁矿石中获取了一种可用作光催化剂的新型二维材料（己二烯）

摘要：科学家从赤铁矿中获取了一种可用作光催化剂的新材料，并将其命名为“己二烯”。三原子厚的己二烯是一种铁磁性材料，与铁矿石相反。

正文：

自2004年成功分离出石墨烯以来，一场合成新二维材料的比赛就开始了。 2D材料是单层物质，厚度在一个原子和几纳米（十亿分之一米）之间。 二维材料具有降低维数的独特性质，在纳米技术和纳米工程的发展过程中具有关键作用。

国际研究小组（包括隶属于坎皮纳斯大学（UNICAMP）的巴西科学家在内）成功地制备出这样的的新材料。

研究人员从巴西等世界各地开采的普通铁矿石中提取出己二烯二维材料，己二烯二维材料仅有三个原子厚度，它具有增强光催化的性质。

在Nature Nanotechnology上发表的一篇文章详细描述了该项创新。该研究在计算工程和科学中心（CCES）进行，其中一项研究——创新和传播中心（RIDC）由圣保罗研究基金会（FAPESP）资助，在国外的研究也得到了FAPESP的支持。

Douglas Soares Galvão是其中一位作者，同时也是CCES的研究和联合首席研究员。他说道：“我们合成的材料可以用作光催化剂，将水分解为氢气和氧气，然后可以用氢气中产生电能，而且还有的潜在应用，”

新材料是从赤铁矿中剥落，而赤铁矿是地球上最常见的矿物之一，赤铁矿也是铁的主要来源，所以铁是最便宜的金属，用于许多产品，但铁主要用于制造钢铁。

与碳及其2D形式的石墨烯不同，赤铁矿是一种非范德瓦尔斯材料，意味着它通过3D网络结合而不是通过化学键和相对较弱的原子范德华力结合，它属于非共价键。

因为它是一种天然存在的矿物，不但是定向排列的大晶体材料，而且是非范德瓦尔斯材料，研究人员认为赤铁矿是剥落新型2D材料的优良前体。

Galvão说：“迄今为止合成的大部分二维材料均来自范德瓦尔斯固体样品。具有高度有序的原子层和大颗粒非范德华二维材料仍然很少见”。

赤铁矿矿石在有机溶剂N，N-二甲基甲酰胺（DMF）液相中可剥离出己二烯。 用透射电子显微镜可以看到单层薄片中的己二烯的剥离和形成，其厚度仅为三个铁和氧原子（单层）随机堆叠的薄片厚度（双层）。

将己二烯的磁性进行测试和数学计算模拟，发现它与赤铁矿的磁性不同。

虽然天然赤铁矿是反铁磁性的，但是己二烯是铁磁性的，就像普通的磁铁一样。 在铁磁体中，偶极子是平行的并且在相同方向上对齐。 在反铁磁体中，偶极子是非平行的并且以相反的方向排列。

Galvão解释道：“在铁磁体中，原子的磁矩指向同一方向。在反铁磁体中，相邻原子中的力矩交替出现”。

高效光催化剂

研究人员还分析了己二烯的光催化性能 – 即在光线照射时提高化学反应的速度。结果表明，己二烯的光催化作用比赤铁矿的更明显，众所周知，赤铁矿忽悠光催化作用，但作用不够强，无法使用。

对于作为有效光催化剂的材料，它必须吸收阳光的可见光部分，产生电荷，并将其输送到材料表面以进行所需的反应。

赤铁矿可吸收紫外到黄橙色的太阳光，但它产生的电荷非常短暂，在到达表面之前就消失了。

研究人员表示，己二烯光催化效率更高，因为光子可在表面的几个原子层内产生负电荷和正电荷，然后将新材料与二氧化钛纳米管阵列配对，为产生的电子离开己二烯提供了一条便利通道，科学家发现它们可以吸收更多可见光。

FAPESP RIDC研究员说：“己二烯可能是一种有效的光催化剂，特别是用于将水分解为氢和氧，也可用作自旋电子器件的超薄磁性材料”。 自旋电子学（或磁电子学）是一种新技术，根据电子自旋引起的变化来存储、显示和处理信息，电子自旋直接耦合到其磁矩。

该团队也在研究其他的非范德华材料，因为它们有可能产生不同特性的二维材料。Galvão说：“其他的铁氧化物及其衍生物也可用于生产新的2D材料”。

文章来自www.sciencedaily.com，原文题目为New two-dimensional material could revolutionize solar fuel generation，由材料科技在线汇总整理。