Тенне, Решеф

Тенне начал обучение на степень бакалавра химии в Еврейском университете, окончив его в 1969 году. Он продолжил обучение в магистратуре по химии под руководством профессора Габриэля Штайна и аспиранта (впоследствии профессора) Иегуды Хааса, работая над фотохимическим восстановлением воды до водорода с использованием европия для производства солнечной энергии^[4]. С 1971 по 1976 год он учился в докторантуре по теоретической химии под совместным руководством профессора Арье Бен-Наима и профессора Шалома Бэра. Он прошёл постдокторантуру в Институте Баттеля в Женеве под руководством доктора Эриха Бергманна и вернулся в Израиль в 1979 году.

По возвращении в Израиль Тенне присоединился к исследовательской группе профессора Йоста Манассена, где работал вместе с доктором Гари Ходесом и доктором Давидом Каэном над фотоэлектрохимическими элементами. Около двух лет спустя он был назначен старшим научным сотрудником. В 1983 году он приобрёл первый электронный микроскоп для исследования материалов в Институте Вейцмана, который совместно использовался факультетами химии и наук о жизни и стал основой для будущего отдела поддержки химических исследований. В 1985 году он был назначен доцентом, а в 1995 году — полным профессором. В 2014 году он вышел на пенсию, но продолжает вести активную исследовательскую деятельность. Тенне работал приглашённым исследователем в Технионе, Университете Пьера и Марии Кюри (Париж VI) в Париже, Национальном центре научных исследований (CNRS) в Мёдоне, Токийском университете и Институте возобновляемых источников энергии имени Гельмгольца (ранее Институт Гана-Мейтнера) в Берлине. С 2000 по 2007 год он занимал должность заведующего отделом материалов и поверхностей раздела на химическом факультете. В 2003 году он основал Центр наноразмерных исследований имени Хелен и Мартина Киммел и был его первым директором до выхода на пенсию. Он стал первым обладателем профессорской кафедры нанотехнологий семьи Дрейк (2004—2014). После избрания членом Израильской национальной академии наук он почти десять лет возглавлял комитет по подготовке трёхлетнего отчёта о состоянии науки в Израиле, который представляется в Кнессет.

Лайнус Полинг в 1930 году предположил, что слоистые (двумерные) материалы с асимметричной структурой вдоль оси «a», такие как хризотил и галлуазит, будут самопроизвольно скручиваться, образуя цилиндрические или спиральные структуры^[7]. Это предположение было подтверждено в 1950 году Бейтсом и соавторами, когда впервые были обнаружены нанотрубки хризотила^[8]. После открытия углеродных фуллеренов в 1985 году Крото предположил, что наночастицы графита страдают от внутренней нестабильности из-за оборванных связей у краевых атомов, что заставляет их складываться и замыкаться в фуллерены^[9]. Эта идея была позже распространена на углеродные нанотрубки Иидзимой (1991)^[10], что привело Тенне к предположению (1992), что наночастицы неорганических слоистых соединений, таких как дисульфид вольфрама и дисульфид молибдена, также страдают от подобной нестабильности и образуют полые замкнутые структуры — неорганические нанотрубки (INT) и неорганические фуллереноподобные наночастицы (IF)^[11][12]. Впоследствии были синтезированы и изучены нанотрубки и фуллереноподобные наночастицы многих других двумерных материалов. Дополнительные типы нанотрубок из двумерных материалов были исследованы с помощью компьютерного моделирования.

Тенне расширил эту концепцию в последние годы и синтезировал множество видов нанотрубок из нестехиометрических слоистых соединений с несоответствием со структурой вида (MX)_1+γ(TX₂)_m, где M — элемент, такой как висмут, сурьма, олово, свинец или другой редкий элемент; T может быть ниобием, танталом, титаном, ванадием или хромом; X — сера или селен; а γ варьируется от 0,08 до 0,28. В этих случаях механизм Полинга (асимметрия вдоль оси «a») и механизм замыкания краёв с оборванными связями (механизм Крото-Иидзимы-Тенне) действуют совместно, что приводит к высокому выходу нанотрубок^[13]. Неорганические нанотрубки и фуллереноподобные наночастицы являются метастабильными наноразмерными проявлениями слоистых соединений и могут быть получены из широкого спектра элементов и соединений — от изоляторов до полупроводников, металлов и сверхпроводников. Эти наночастицы можно отличить от исходного объёмного материала с помощью любого доступного физико-химического метода.

Тенне и его команда разработали новые химические стратегии для синтеза различных типов нанотрубок и фуллереноподобных наночастиц из слоистых соединений, включая дихалькогениды металлов, галогениды и оксиды.

Для этой цели они использовали различные высокотемпературные методы, такие как химический транспорт из паровой фазы, химическое осаждение из газовой фазы, лазерная абляция, сфокусированное солнечное излучение, электронный луч, микроволновое излучение и механический удар. В частности, глубокие исследования превращения оксидов металлов в сульфиды (или селениды) при высоких температурах выявили механизмы «поверхность внутрь» и, в последнее время, «отступающее оксидное ядро» для нанотрубок и фуллереноподобных наночастиц^[14][15]. Впоследствии в его лаборатории был разработан крупномасштабный процесс производства чистых фаз IF-наночастиц и нанотрубок . Эти исследования проложили путь к коммерциализации частиц для различных применений.

Были разработаны новые стратегии в высокотемпературной химии материалов для контролируемого легирования нанотрубок и фуллереноподобных наночастиц дисульфида вольфрама и дисульфида молибдена следовыми количествами рения и ниобия^[16]. Это легирование придавало частицам отрицательную или положительную плотность поверхностного заряда соответственно и облегчало их диспергирование в различных жидкостях. Кроме того, в структурах, легированных рением, были обнаружены признаки фазового перехода из стабильного (2H) полупроводникового состояния в метастабильное (1T) проводящее состояние. Легированные частицы показали улучшенные каталитические свойства для генерации водорода и улучшенные трибологические свойства, вероятно, из-за самоотталкивания между поверхностно-заряженными легированными наночастицами, предотвращающего их агломерацию и осаждение.

Уже на раннем этапе своих исследований Тенне поднял вопрос о возможности существования полых нанооктаэдров дисульфида молибдена как наименьшей фуллереноподобной наноструктуры^[12] . Позже эти частицы были получены с помощью лазерной абляции^[17], электрического разряда, а затем и солнечной абляции. Как эксперименты, так и расчёты показали, что эти структуры стабильны в диапазоне размеров 3-7 нанометров. Поскольку это наименьшие замкнутые и полые многогранники, они считаются неорганическим аналогом, отмеченным Хебеном как «истинные неорганические фуллерены». Ожидается, что эти структуры также появятся во многих других слоистых соединениях и обеспечат платформу для новых каталитических механизмов.

Тенне предсказал^[18], а затем доказал^[19], что фуллереноподобные наночастицы дисульфида вольфрама и дисульфида молибдена ведут себя как сферические подшипники на нанометровом уровне, обеспечивая исключительные возможности твёрдой смазки. Эта работа выявила новый механизм смазки, основанный на качении наночастиц, характеризующийся очень низким коэффициентом трения. Кроме того, работа открыла окно в новую технологию смазки, которая используется для различных трибологических применений. Несколько компаний уже производят и продают эти продукты, а медицинские технологии, основанные на этом корпусе работ, были предложены и находятся в стадии разработки.

Уникальные механические свойства нанотрубок и фуллереноподобных наночастиц дисульфида вольфрама были исследованы в лаборатории Тенне с использованием различных методов. Было обнаружено, что они выдерживают волны давления до 21 гигапаскаля. Эксперименты по растяжению, изгибу и кручению отдельных нанотрубок показали, что они обладают прочностью до 20 гигапаскалей — в четыре раза больше, чем у кевларовых волокон — и могут выдерживать деформации более 10 % без разрушения^[20]. Эти свойства делают их подходящими для армирования полимерных нанокомпозитов. Такие нанокомпозиты, содержащие до 1 % по массе нанотрубок дисульфида вольфрама или IF-наночастиц, показали улучшенные механические, тепловые и трибологические свойства. В частности, механические свойства биосовместимых полимеров, таких как PLLA, PVA и PPF, используемых в медицинских технологиях, упаковке пищевых продуктов и тканевой инженерии, значительно улучшились после добавления небольших количеств нанотрубок дисульфида вольфрама.

В сотрудничестве с другими исследовательскими группами были подтверждены исключительные электронные свойства нанотрубок дисульфида вольфрама, включая сверхпроводимость с осцилляциями типа Литтла-Паркса, объёмный фотоэлектрический эффект^[21], сильные эффекты оптического связывания, генерацию второй гармоники^[22] и применения в искусственном зрении и наноэлектронной памяти^[23]. Нанотрубки из нестехиометрического соединения с несоответствием (SmS)_1.19TaS₂ также показали сверхпроводимость при температуре 4 Кельвина^[24]. Эти свойства могут в будущем способствовать развитию квантовых технологий, таких как устройства памяти сверхвысокой плотности и квантовые вычисления. Недавно его группе удалось достичь значительной настройки ширины запрещённой зоны между 2 и 1,5 электрон-вольтами путём синтеза нанотрубок типа W(S_xSe_1-x)₂^[25].