Mxene: nowe podejście rozwojowe dla szerokiej gamy nowych materiałów

Mxene jest klasą dwuwymiarowych związków nieorganicznych w naukach materiałowych. Materiały te składają się z przejściowych węglików metalowych, azotków lub azotków węglowych kilka warstw atomowych. Po raz pierwszy pojawił się w 2011 r., Ponieważ materiały MXENE mają przewodność metalu węglików przejściowych z powodu grupy hydroksylowej lub końcowego tlenu na ich powierzchni. Jest powszechnie stosowany w superkapacitorach, akumulatorach, elektromagnetycznym chronieniu i materiałach kompozytowych. Na przykład, w przeciwieństwie do konwencjonalnych baterii, materiał zapewnia więcej kanałów do ruchu jonów, znacznie zwiększając prędkość ruchu jonów.

Naukowcy opracowali materiały MXENE, które syntetyzują substraty z odpowiedniej fazy maksymalnej, zwykle poprzez selektywne trawienie głównej grupy A, gdzie M reprezentuje metal przejściowy, X reprezentuje węgiel lub azot, a główna grupa A może obejmować gali, galę, silikon i inne elementy. Naukowcy zazwyczaj wykonują trawienie w roztworze fluoru wodoru (HF), aby Mxene miał mieszaninę grup funkcjonalnych fluorku, tlenu i wodorotlenku.

W przeciwieństwie do powierzchni innych dwuwymiarowych materiałów, takich jak grafen i przejściowe dihalidy węgla, grupy funkcjonalne można również modyfikować chemicznie. Poprzednie badania wykazały, że selektywne zakończenie MXENE z różnymi grupami powierzchniowymi może prowadzić do doskonałych właściwości, w tym dostrajalnych funkcji pracy i dwuwymiarowego ferromagnetyzmu. Kowalencyjna funkcjonalizacja substratów doprowadzi do odkrycia nowych kierunków w celu racjonalnego projektowania dwuwymiarowych materiałów funkcjonalnych.

Grupy funkcjonalne powierzchniowe w dwuwymiarowych przejściowych węglikach metalowych mogą przejść różne transformacje chemiczne, aby ułatwić stosowanie szerokiego zakresu materiałów MXENE. Zespół badawczy chemii, fizyki i nanomateriałów naukowcy z University of Chicago i Argonne National Laboratory zaprojektował i opracował nowatorską ścieżkę syntezy MXENE. Instalują i usuwają grupy powierzchniowe poprzez reakcje podstawienia i eliminacji w stopione sole nieorganiczne. Zespół z powodzeniem zsyntetyzował MXENE z końcami powierzchniowymi tlenu, imidu, siarki, chloru, selenu, bromu i telluru z unikalnymi właściwościami strukturalnymi i elektronicznymi, a te grupy powierzchniowe mogą również kontrolować odległość międzyatomiczną w sieci MxENE, aby wykazać się nadprzewodnością zależną od powierzchni grupy.