Po raz pierwszy naukowcy zmniejszyli kinetykę utleniania MXENES w skali atomowej

Tytuł źródła: Naukowcy po raz pierwszy po zmniejszeniu skali atomowej kinetyki utleniania MXENS

Niedawno zespół profesora nadzwyczajnego Meng Xing, kluczowe laboratorium nowej fizyki baterii i technologii Ministerstwa Edukacji, College of Physics, Jilin University, poczynił ważne postępy w teoretycznych obliczeniach zachowania utleniania dwuwymiarowych węglików metalowych przejściowych /azotki/azotki węglowe (MXENES) i odpowiednie wyniki zostały opublikowane online w niemieckiej chemii stosowanej 14 czerwca 2023 r.

Ze względu na wysoką przewodność i bogate grupy funkcjonalne powierzchni, MXENES jest szeroko stosowany w energii, urządzeniach elektronicznych, biomedycynie i innych dziedzinach. Jednak MXENE z łatwością degraduje tlenki metali przejściowych w mokrych środowiskach lub roztworach wodnych, co ogranicza jego zastosowanie w różnych dziedzinach. Dlatego sposób syntezy materiałów Mxenes o wysokiej stabilności chemicznej jest kluczowym problemem naukowym, który należy rozwiązać pilnie.

W badaniu zespół badawczy MENG przeprowadził dogłębne badanie obliczeniowe teoretyczne dotyczące zachowania utleniania super dużego systemu wody Mxenes-Water. Łącząc uczenie maszynowe z obliczeniami pierwszorzędnych, naukowcy osiągnęli symulacje dynamiki molekularnej nanosekundowej z dokładnością DFT, a po raz pierwszy zmniejszył proces kinetyczny utleniania MXENES ze skali atomowej, ujawniając naturę wykładniczego rozpadu rozkładu MXENES doświadczalnie. Wyjaśniono mechanizm utleniania MXENES w środowisku mokrym lub roztworze wodnym.

Naukowcy opracowali funkcję potencjału sieci neuronowej dla systemu MXENS-Water, który dobrze działa w zestawie testowym, z błędami kwadratowymi o powierzchni 2,35 mev/ atom dla energii i 0,083EV/ A dla siły w porównaniu z obliczeniami DFT. Symulacja MD oparta na potencjalnej funkcji jest wysoce spójna z symulacją AIMD w funkcji rozkładu promieniowego i testu właściwości dynamicznej gęstości. Wyniki symulacji MD układu Mxenes-Water pokazują, że im grubsza warstwa wody, tym bardziej pionowe wiązania wodorowe na jednostkę cząsteczek wody, tym bardziej ograniczono ruch cząsteczek wody do powierzchni podstawy Mxenes, co powoduje wzrost średniej odległości Pomiędzy atomami metalu przejściowego a atomami tlenu w wodzie, a szybkość utleniania MXENES zmniejsza się wraz ze wzrostem grubości warstwy wody. Jednocześnie utlenianie MXENES uwolni wolne protony, które utworzy typowy uwodniony proton z wodą, wiążąc w ten sposób ruch cząsteczek wody, powodując zmniejszenie szybkości utleniania MXENEES wraz ze wzrostem czasu. Średnia odległość między różnymi rodzajami atomów metalu przejściowego i atomami tlenu w wodzie, a także prawdopodobieństwem fizycznej adsorpcji cząsteczek wody na powierzchni podstawy MXena, pokazują istnienie warstwy ochronnej tlenku na powierzchni Mxenes.

Te ważne odkrycia dostarczają teoretycznych wskazówek dotyczących syntezy wysoce stabilnych materiałów Mxenes.