在2004年分離石墨烯之後，一場比賽開始合成新的二維材料。這些是單層物質，厚度在一個原子和幾納米（十億分之一米）之間。它們具有與降低的維數相關的獨特性質，並在納米技術和納米工程的發展中發揮關鍵作用。
一個國際研究小組，包括隸屬於坎皮納斯大學（UNICAMP）的巴西科學家，已經成功地生產出具有這些特徵的新材料。
研究人員從普通鐵礦石中提取了一種他們稱之為己二酸的二維材料。該材料僅有三個原子厚度，並且被認為具有增強的光催化性質。這項創新在Nature Nanotechnology上發表的一篇文章中有所描述。
“我們合成的材料可以作為一種光催化劑，將水分解為氫氣和氧氣，因此可以從其他幾種潛在的應用中產生氫氣，”
這種新材料是從赤鐵礦中剝落的，赤鐵礦是地球上最常見的礦物之一，也是鐵的主要來源，鐵是最便宜的金屬，用於許多產品，最重要的是製造鋼鐵。
與碳及其二維形式的石墨烯不同，赤鐵礦是一種非範德華材料，意味著它通過三維鍵合網絡而不是非化學和相對較弱的原子範德華相互作用保持在一起，這是非共價的（他們這樣做）不涉及參與鍵的原子共享一對或多對電子。
因為它是一種天然存在的礦物，具有高度取向的大晶體並且是非範德瓦爾斯材料，研究人員認為赤鐵礦是新型二維材料去角質的優良前體。
“迄今為止合成的大部分二維材料均來自範德瓦爾斯固體樣品。具有高度有序原子層和大顆粒的非範德華2-D材料仍然很少，”Galvão說。
通過赤鐵礦礦石在有機溶劑N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中的液相剝離合成庚二烯。透射電子顯微鏡證實，在僅具有三個鐵和氧原子（單層）的厚度的單片中和在隨機堆疊的雙層片中剝離和形成庚烯。
進行測試和數學計算以研究庚二烯的磁性。結果表明它們與赤鐵礦的磁性不同。雖然天然赤鐵礦是反鐵磁性的，但是hematene是鐵磁性的，就像普通的磁鐵一樣。在鐵磁體中，偶極子是平行的並且在相同方向上對齊。在反鐵磁體中，偶極子是反平行的並且以相反的方向排列。
“在鐵磁體中，原子的磁矩指向同一方向。在反鐵磁體中，相鄰原子中的力矩交替出現，”Galvão解釋道。
高效光催化劑
研究人員還分析了hematene的光催化性能 - 它能夠在光線激發時提高化學反應的速度。結果表明，己二酸的光催化作用比赤鐵礦的光催化作用更有效，赤鐵礦的光催化性能眾所周知但不夠強大，無法使用。
對於作為有效光催化劑的材料，它必須吸收陽光的可見部分，產生電荷，並將其輸送到材料表面以進行所需的反應。
赤鐵礦吸收太陽光從紫外線到黃橙色區域，但它產生的電荷非常短暫。結果，它在到達表面之前消失。
研究人員表示，Hematene光催化效率更高，因為光子在表面的幾個原子內產生負電荷和正電荷。通過將新材料與二氧化鈦納米管陣列配對，這為電子離開庚烷提供了一條便利途徑，科學家發現它們可以吸收更多可見光。
“Hematene可能是一種有效的光催化劑，特別是用於將水分解為氫和氧，也可用作基於自旋電子器件的超薄磁性材料，”研究員說。自旋電子學（或磁電子學）是一種新技術，用於根據電子自旋引起的變化來存儲，顯示和處理信息，電子自旋直接耦合到其磁矩。
該集團已經研究了其他非範德華材料，因為它們有可能產生具有異國特性的其他二維材料。“有許多其他鐵氧化物及其衍生物可用於生成新的二維材料，”Galvão說。
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