تولید نانوورق‌هایی برای بهبود باتری‌های یون لیتیم

محققان روشی برای تولید نانوورق‌های اکسید فلزات انتقالی ارائه کردند تا از آنها برای توسعه باتری‌ها استفاده کنند. پیش از این نانوسیم و نانوذرات این مواد ساخته شده بود، اما ساختارهای دوبعدی نظیر نانوورق این اکسیدها تولید نشده بود.
محققان دانشگاه تگزاس با همکاری پژوهشگران آزمایشگاه ملی آرگونه موفق به ارائه راهبرد جدیدی شدند که با استفاده از آن می‌توان نانوورق‌های اکسید فلزات انتقالی را تولید کرد. این نانوورق‌ها را می‌توان برای بهبود ذخیره‌سازی انرژی در باتری‌های یون لیتیم مورد استفاده قرار داد. البته از این راهبرد می‌توان برای تولید دیگر مواد نظیر فسفیدها، سوفلیدها و سلنیدها نیز استفاده کرد.
نانوبلورهای دوبعدی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی خاص، کاربرد وسیعی در فناوری‌های مختلف دارند. این خواص در نانوبلورهای دوبعدی وجود دارد، اما در حالت توده‌ای این مواد دیده نمی‌شود. دی‌کالکوژنیدهای فلزات انتقالی از جمله این ترکیبات هستند که فرمولاسیون MX2 داشته که در آن M فلز انتقالی نظیر تنگستن و مولیبدن بوده و X کالکوژنی نظیر سلنیم، گوگرد یا تلوریم است. نانومواد اکسید فلزات انتقالی ترکیب شده (MTMO) به دلیل آن حالت‌های ظرفیت ترکیبیشان، پتانسیل استفاده در بخش فتوکاتالیست و ذخیره انرژی را دارند.
اما استفاده از این مواد تنها به ساختارهای صفر بعدی و یک بعدی نظیر نانوذرات و نانوسیم‌ها محدود بود؛ چرا که ایجاد صحفه‌هایی دو بعدی از آنها کاری چالش برانگیز بوده که دلیل این امر فقدان روشی برای لایه‌برداری آنهاست.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری گویهان یو موفق به ارائه راهبرد دو مرحله‌ای پایین به بالا شده‌است که می‌توان با استفاده از آن نانوورق‌های MTMO را سنتز کرد. در این راهبرد امکان تعیین ابعاد حفره‌ها وجود دارد. این گروه از یک لایه اکسید گرافن به‌عنوان لایه‌ی فداشونده استفاده کردند تا پیش‌ماده‌های MTMO روی آن رشد کند. سپس یک عملیات حرارتی ثانویه (کلسیناسیون) برای تبدیل این پیش ماده‌ها به نانوورق مورد استفاده قرار گرفت که در عین تشکیل آنها، لایه اکسید گرافن از بین می‌رود.
این نانوورق‌ها به چند دلیل اهمیت زیادی دارند؛ اول این که این مواد دارای مساحت سطحی بالایی بوده و طول نفوذ یون در آنها بسیار کوتاه است. دوم این که روی هم قرارگرفتن آنها به حداقل رسیده و سایت‌های فعال زیادی برای ذخیره‌سازی یون آلکالین وجود دارد.