科学家打造新型2D材料“赤铁烯”拥有独特的铁磁与光催化特性

说到新材料的时候，大家通常很关心它到底可以做到多薄。最新报道称，巴西研究人员刚刚打造了一种被称作“赤铁烯”（hematene）的新型二维材料，单层厚度仅为三个铁原子。与以石墨烯为代表的许多二维材料一样，二维的赤铁烯也表现出了不同于寻常结构的性质。

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研究配图 - 1：赤铁矿（hematite）→赤铁烯（hemetene）的液相分离

石墨烯由独特而纤薄的单层碳原子组成，结构坚固、重量轻、且拥有优异的导电和导热性能。这这方面，石墨烯并非孤军奋战。

比如最近，科学家们甚至打造出了二维的黑磷、二氧化镓、二硫化钼、三碘化铬等材料 —— 它们都拥有广泛而不寻常的特性。

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研究配图 - 2：赤铁烯的二维形态（2D morphology）

该家族的最新成员，就是本文要为大家详细介绍的赤铁烯。赤铁矿是一种天然的矿物质，它也是我们工业用铁的主要来源。

通过对矿石实施所谓的‘液相剥离’过程，研究团队成功打造出了一种厚度仅为 3 个铁原子 + 氧原子的板材。

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研究配图 - 3：赤铁烯的特征描述（Characterization）

之后，研究人员对材料的特性展开了研究，观察 2D 形态与常规 3D 材料有何不同。结果发现：

赤铁烯表现出了铁磁性，与赤铁矿的反铁磁性刚好相反。此外它还被证明有望成为一种良好的光触媒（催化剂），可用于加速光化学反应。

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研究配图 - 4：赤铁烯的磁性（Magnetism）

赤铁矿和赤铁烯都可以被光催化，其能够吸收太阳光谱中的紫外线到黄橙色部分，但前者因为太弱而无法被利用 —— 相比之下，赤铁烯的表现要优异得多。

当光子撞击材料时，产生的正电荷和负电荷在到达表面的过程中，并没有相隔很远的距离。通过将赤铁烯和二氧化钛纳米管配对，研究人员又改善了它的性能。

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研究配图 - 5：光触媒（Photocatalysis）特性

论文作者之一的 Douglas Soares Galvão 表示：“赤铁烯有望成为一种高效的光催化剂 —— 尤其适用于将水分解为氢和氧 —— 或打造基于自旋电子器件的超薄磁性材料”。

研究团队称，未来可对其它相关材料（比如铁氧化物）进行 2D 处理，从而产生一系列具有奇特性质的新材料。

有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊上。原标题为：

《Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite》

[编译自：Nature , 来源：Phys.org]

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