정의된 가장자리와 구멍이 있는 나노시트를 향한 육각형 질화붕소의 산화 에칭

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 14510(2015) 이 기사 인용

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2차원(2D) 나노시트의 측면 에칭은 가장자리 원자가 풍부한 구멍이 있는 2D 나노시트를 생성합니다. 구멍이 있는 그래핀에 대한 최근 보고서에 따르면 구멍이 있는 2D 나노시트는 에너지 저장, 촉매, 감지, 트랜지스터 및 분자 수송/분리와 같은 많은 잠재적 응용 분야에서 손상되지 않은 나노시트보다 성능이 뛰어날 수 있습니다. 기본 및 응용 관점 모두에서 정의된 구멍 형태와 구멍 가장자리 구조를 가진 구멍이 있는 2D 나노시트를 얻는 것이 바람직합니다. 이는 그래핀에게는 큰 과제로 남아 있으며 다른 2D 나노물질에 대해서는 거의 연구되지 않았습니다. 여기서는 은 나노입자를 촉매로 사용하여 공기 중 산화 에칭을 통해 육각형 질화붕소(h-BN) 기저 평면 표면에 기하학적으로 정의된 구덩이/구멍 모양과 가장자리를 조각하는 간편하고 제어 가능하며 확장 가능한 방법이 보고되었습니다. 에칭된 h-BN은 추가로 정제되어 홀/에지 구조 모티프를 물려받은 나노시트로 박리되었으며 특정 조건 하에서 풍부한 지그재그 에지 원자에 의해 유도될 가능성이 있는 변경된 광학 밴드갭 특성을 보유합니다. 이 방법은 홀 및 가장자리가 강화된 질화붕소 및 기타 2D 나노시트의 물리적, 화학적 특성을 추가로 탐색할 수 있는 흥미로운 접근 방식을 열어 고유한 구조와 성능 특성을 활용할 수 있는 응용 분야를 향한 길을 열어줍니다.

이상적인 2차원(2D) 나노시트는 무한하지만, 실제 세계의 나노시트는 주변 가장자리 원자에 의해 제한된 크기를 갖습니다. 기저 평면 표면 원자와 비교하여, 나노시트 주변 가장자리의 원자 수는 특히 더 큰 시트의 경우 훨씬 적습니다. 그러나 이러한 원자는 전자 구조, 화학 반응성 및 촉매 활성과 같은 나노시트 전체의 많은 특성에 여전히 중요합니다. 따라서 바람직한 모서리 구조의 제어 가능한 합성은 2D 재료의 특성과 성능을 조정하는 데 매우 중요하지만 여전히 큰 과제로 남아 있습니다1,2.

가장자리 원자가 풍부한 인기 있는 2D 나노시트 유형은 폭이 좁지만 측면 종횡비가 높은 나노리본입니다. 나노리본은 한쪽 측면 차원의 양자 구속과 가장자리 원자의 존재로 인해 나노시트 대응물과 상당히 다른 전자 특성을 갖는 것으로 알려져 있습니다3,4. 많은 양의 가장자리 원자를 가진 또 다른 새로운 유형의 나노시트는 빈 공간이 있는 것입니다. 최근 상당한 주목을 받은 사례 중 하나는 "홀리 그래핀"5,6,7이며 때로는 "그래핀 나노메시" 또는 계산 모델에서는 "그래핀 해독제"라고도 합니다8. 이러한 2D 재료의 경우 주변 시트 가장자리 외에도 나노시트의 특성에 뚜렷한 영향을 미칠 수 있는 고밀도 공극/구멍 주변의 가장자리도 보유하므로 이러한 재료는 손상되지 않은 재료와 다르게 작동합니다. 예를 들어, 구멍이 많은 그래핀에 구멍이 있으면 Dirac 지점에 틈이 생기므로 온-오프 비율이 큰 전계 효과 트랜지스터에 유용합니다9,10,11. 풍부한 구멍 가장자리 원자의 존재로 인해 이러한 물질은 감지 응용 분야에 유리하게 되었습니다. 구멍 가장자리에 의해 정의되는 구멍의 형태는 응용 분야에 활용될 수 있는 다양한 특성을 생성할 수도 있습니다. 예를 들어, 그래핀의 정공은 전해질 이온에 대한 덜 구불구불한 평면 통과 수송 경로를 제공하여 높은 충전/방전 속도14와 에너지 저장의 높은 체적 성능을 제공한다는 것이 최근 입증되었습니다. 아직 체계적으로 입증되지는 않았지만 홀 가장자리 화학 구조의 변형이 평면 통과 분자 전달의 미세 조정에 사용될 수 있을 것으로 예상됩니다. 또한, 평면 내 이음매 없는 그래핀-질화붕소 이종접합의 에피택셜 성장은 기본 평면 에칭 그래핀에서 시작하여 달성되었습니다. 이러한 평면 내 하이브리드 나노시트는 독특한 전자 특성을 가질 것으로 예상되며, 2D 나노물질의 가장자리 구조의 모양, 농도 및 화학적 성질을 제어하는 ​​것의 중요성을 더욱 강조합니다.