Szilárdtestfizika (Műszaki és Természettudományok Kollégiuma)
100 %
Ortelius tudományág: Szilárdtestfizika
zsűri
Fizika 1
Kutatóhely
Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet (HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont)
résztvevők
Győrffy Nóra Kálvin György Keszei Soma Koós Antal Adolf Kun Péter Márity Krisztián Ollár Tamás Pap József Sándor Pető János Vancsó Péter
projekt kezdete
2019-12-01
projekt vége
2024-05-31
aktuális összeg (MFt)
47.569
FTE (kutatóév egyenérték)
15.30
állapot
aktív projekt
Zárójelentés
kutatási eredmények (magyarul)
Kétdimenziós MoS2 kristályok felületén sikeresen stabilizáltunk kevesebb, mint 20 atomból álló platina (Pt) és néhány tíz atomból álló arany (Au) klasztereket. Ezek a parányi Pt és Au klaszterek teljesen új atomi szerkezetekkel rendelkeznek, a Pt klaszterek kétrétegű, míg az Au klaszterek egyetlen rétegű szerkezeteket alkotnak. Alagútspektroszkópiai mérésekkel feltártuk a nanoklaszterek elektronszerkezetét, amely mindkét esetben nemfémes jelleget mutatott, 0.4 eV, illetve 1 eV széles tiltott sávval a Pt, illetve az Au klaszterek esetében. Először sikerült megvizsgálni nemfémes Pt nanokristályok katalitikus aktivitását, amely drasztikusan megnövekedett, tízszer nagyobb sebeséggel termelve a hidrogént, mint a korábbi legjobb katalizátorok.
Amíg a tömbi arany katalitikusan inaktív, a 2D MoS2 felületén kialakuló monoréteg arany nanokristályok megnövekedett aktivitást mutatnak, nagymértékben javítva a 2D MoS2 kristályok altivitását a hidrogénfejlesztésben.
Új eljárást dolgoztunk ki 2D MoS2 kristályok egyedi vas (Fe) atomokkal történő dekorálásra, egy vaskomplex felületi rögzítésének révén. Az egyedi vas atomok jelentősen javították a 2D MoS2 kristályok katalitikus aktivitását a hidrogénfejlesztési reakcióban.
A pályázat eredeti célkitűzésein túl, jelentős eredményeket értünk el a ZrTe5 kristályok elektronszerkezetének hangolásában, mechanikai feszültség segítségével, új optikai tulajdonságok kialakításában grafénban, az atomi szerkezet nanométeres skálájú modulálásával.
kutatási eredmények (angolul)
We were able to stabillize, on the surface of 2D MoS2 crystals, ultra-fine Pt clusters of less than 20 atoms, and Au clusters consisting of a few tens of atoms. Such ultra-small Pt and Au clusters acquired novel atomic structures, namely bilayer Pt and monolayer Au structures. We were able to reveal the electronic structure of novel metal clusters by tunneling spectroscopy, revealing nonmetallic electronic structures with energy gaps of 0.4 eV in Pt bilayers, and 1 eV in monolayer Au clusters. We have investigated, for the first time, the catalytic properties of nonmetallic Pt nanoparticles. and found that they display a drastically increased catalytic activity for hydrogen evolution, producing hydrogen at ten times higher rates than the best Pt catalysts reported before.
While bulk gold is mostly inert, we have shown that nonmetallic monolayer Au clusters display a strongly enhanced catalytic activity, substantially improving the catalytic properties of 2D MoS2 crystals in hydrogen evolution.
We have developed a novel route for anchoring single Fe atoms on 2D MoS2 crystals, through the immobilization of an iron complex. A substantially improved catalytic activity for hydrogen evolution was observed on 2D MoS2 crystals decorated by individual Fe atoms.
Besides the main objectives of the work we have achieved important results in strain engineering the electronic structure fo ZrTe5 and the optical properties of graphene.
Soma Keszei, Tamás Ollár, Éva Kováts, Krisztina Frey, Levente Tapasztó, József S Pap: Electrocatalytic hydrogen evolution driven by heteroatoms of bidentate N-heterocyclic ligands in iron(II) complexes, Dalton Transactions, under review, 2023
Tamás Ollár, Péter Vancsó, Péter Kun, Antal A. Koós, Ekaterina V. Sukhanova, Zakhar I. Popov, Miklos Németh, Krisztina Frey, Béla Pécz, Péter Nemes-Incze, Chanyong Hwang, József S. Pap, Levente Tapasztó1*: Semiconducting Pt clusters stabilized on 2D MoS2 for ultrafast hydrogen evolution, Nature Energy, under external review, 2023
Zoltán Tajkov, Konrád Kandrai, Dániel Nagy, Levente Tapasztó, János Koltai, Péter Nemes-Incze: Mechanical strain induced topological phase changes of few layer ZrTe5, Nanoscale Advances, under review, 2023
