Mxene: een nieuwe ontwikkelingsbenadering voor een breed scala aan nieuwe materialen

Mxene is een klasse van tweedimensionale anorganische verbindingen in materiaalwetenschap. Deze materialen bestaan ​​uit overgangsmetaalcarbiden, nitriden of koolstofnitriden verschillende atoomlagen dik. Het verscheen voor het eerst in 2011 omdat MXene -materialen de metaalgeleidbaarheid van overgangsmetaalcarbiden hebben vanwege de hydroxylgroep of terminale zuurstof op hun oppervlak. Het wordt veel gebruikt in supercondensatoren, batterijen, elektromagnetische interferentie afscherming en composietmaterialen. In tegenstelling tot conventionele batterijen biedt het materiaal bijvoorbeeld meer kanalen voor de beweging van ionen, waardoor de snelheid van ionenbeweging aanzienlijk wordt verhoogd.

Wetenschappers hebben mxene -materialen ontwikkeld die substraten synthetiseren uit de overeenkomstige max -fase, meestal door selectief de hoofdgroep A -element te etsen, waarbij M het overgangsmetaal vertegenwoordigt, x vertegenwoordigt koolstof of stikstof, en de hoofdgroep A -element kan aluminium, gallium, silicium bevatten , en andere elementen. Onderzoekers voeren typisch etsen uit in een waterstoffluoride (HF) oplossing om mxene een mengsel van fluoride-, zuurstof- en hydroxide -functionele groepen te hebben.

In tegenstelling tot de oppervlakken van andere tweedimensionale materialen, zoals grafeen en overgangs koolstofdihaliden, kunnen functionele groepen ook chemisch worden gemodificeerd. Eerdere studies hebben aangetoond dat selectieve beëindiging van mxene met verschillende oppervlaktegroepen kan leiden tot uitstekende eigenschappen, waaronder instelbare werkfuncties en tweedimensionaal ferromagnetisme. De covalente functionalisatie van substraten zal leiden tot de ontdekking van nieuwe richtingen voor rationeel ontwerp van tweedimensionale functionele materialen.

Functionele oppervlakte-groepen in tweedimensionale overgangsmetaalcarbiden kunnen verschillende chemische transformaties ondergaan om het gebruik van een breed scala aan MXene-materialen te vergemakkelijken. Een onderzoeksteam van chemie, natuurkunde en nanomaterialen wetenschappers van de University of Chicago en Argonne National Laboratory heeft een nieuw pad ontworpen en ontwikkeld voor mxene -synthese. Ze installeren en verwijderen oppervlaktegroepen door substitutie- en eliminatiereacties in gesmolten anorganische zouten. Het team heeft met succes mxene gesynthetiseerd met oppervlakte -uiteinden van zuurstof, imide, zwavel, chloor, selenium, broom en tellurium met unieke structurele en elektronische eigenschappen, en deze oppervlaktegroepen kunnen ook de interatomaire afstand in het mxene rooster in het mxene rooster regelen om superconductiviteit te tonen, afhankelijk van het oppervlak Groepen.