由层状钙钛矿制成的二维单层纳米片具有许多理想的特性。然而，在不增加氧缺陷的情况下，很难在可见光区域制造出带隙可调的材料。最近，来自日本的研究人员能够从具有可控带隙的钙钛矿氮氧化物中成功开发出化学稳定的纳米片。这些纳米片在未来用于光催化、电催化剂和其他可持续技术方面具有巨大潜力。
纳米片，包括众所周知的材料石墨烯，是具有纳米级均匀厚度、平坦表面和高结晶度的材料。纳米片在光催化、光致发光和电子学等领域有着广泛的应用。最近，具有半导体特性的钙钛矿作为一种很有前景的用于生产二维 (2D) 单层纳米片的材料受到了科学界的关注。然而，这些纳米片需要具有与可见光能量相对应的带隙才能发挥作用，因为这将决定半导体何时导电。带隙的可调性仍然是研究人员面临的主要挑战，因为用带隙可调的钙钛矿制造二维纳米片很困难。
为了解决这个问题，熊本大学的一组研究人员，包括工业纳米材料研究所的 Shintaro Ida 教授，决定专注于一组称为 Ruddlesden-Popper (RP) 相层状钙钛矿氮氧化物的钙钛矿材料。在他们发表在Small杂志上的论文中，研究人员能够使用他们的新工艺成功地制造出具有可调带隙的二维钙钛矿氮氧化物纳米片。“对含有氧、氮和金属的金属氮氧化物半导体纳米片的研究还不多。由这些材料制成的薄膜显示出优于氧化物的功能。因此，它们的合成将在该领域产生巨大的影响。我们从 RP 相钙钛矿氮氧化物合成了纳米片，其带隙等特性可自由调节，”该研究的通讯作者 Ida 教授解释说。
研究人员首先使用原始 Dion-Jacobson 相氧化镧铌 (KLaNb 2 O 7 )作为前体材料。然后他们开始通过称为氮化的过程向其中添加氮。研究人员在 750 至 800℃ 的不同温度下向材料中添加了氮气。这导致了 RP 相氮氧化物衍生物的产生。在此之后，他们能够使用两步插层工艺剥离出具有分子式 LaNb 2 O 7-x N x的镧铌氮氧化物纳米片(“x”是添加到钙钛矿中的氮量)。
在测试这些纳米片时，研究人员发现该材料具有 1.6 nm 的均匀厚度，并呈现出不同的颜色，从白色到黄色，具体取决于氮化温度。纳米片还表现出理想的半导体特性，即在可见光区域具有可调带隙，范围为 2.03-2.63 eV，具体取决于氮化温度。
该团队随后制备了一种“超晶格”结构，该结构由合成纳米片和氧化物 (Ca 2 Nb 3 O 10 ) 纳米片的交替层组成。在测试这种超晶格的特性时，他们发现它表现出优异的质子传导性和出色的光催化活性。
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