Voor het eerst hebben onderzoekers de kinetiek van mxenen -oxidatie op atomaire schaal verminderd
2023,08,08
Bron titel: onderzoekers voor het eerst van de atomaire schaalvermindering van mxenen oxidatiekinetiek
Onlangs heeft het team van universitair hoofddocent Meng Xing, Key Laboratory of New Battery Physics and Technology of the Ministry of Education, College of Physics, Jilin University, belangrijke vooruitgang geboekt in de theoretische berekening van het oxidatiegedrag van tweedimensionale overgangsmetaalcarbiden /nitriden/koolstofnitriden (MXenen) en de relevante resultaten werden online gepubliceerd in de Duitse toegepaste chemie op 14 juni 2023.
Vanwege zijn hoge geleidbaarheid en rijke oppervlaktefunctionele groepen, wordt MXenen veel gebruikt in energie, elektronische apparaten, biomedicine en andere velden. MXenen degradeert echter gemakkelijk af in overgangsmetaaloxiden in natte omgevingen of waterige oplossingen, die de toepassing ervan op verschillende gebieden beperkt. Daarom is het synthetiseren van MXenen -materialen met hoge chemische stabiliteit een belangrijk wetenschappelijk probleem dat dringend moet worden opgelost.
In de studie heeft het onderzoeksteam van Meng een diepgaande theoretische berekeningstudie uitgevoerd naar het oxidatiegedrag van het super-grote MXenes-watersysteem. Door machine learning te combineren met berekeningen van de eerste principes, bereikten de onderzoekers nanoseconde moleculaire dynamica simulaties met DFT-nauwkeurigheid en verminderden voor het eerst het kinetische proces van mxenenoxidatie uit de atomaire schaal, waardoor de aard van het exponentiële deck van de oxidatiegraad van Mxenes werd waargenomen, waargenomen experimenteel. Het oxidatiemechanisme van mxenen in natte omgeving of waterige oplossing werd opgehelderd.
De onderzoekers ontwikkelden een neurale netwerkpotentiaalfunctie voor het MXenes-watersysteem, dat goed presteert op de testset, met root-mean-vierkante fouten van 2,35 mev/ atoom voor energie en 0,083ev/ a voor kracht in vergelijking met DFT-berekeningen. De MD -simulatie op basis van de potentiële functie is zeer consistent met de AIMD -simulatie in de radiale distributiefunctie en de eigenschapstest voor dynamische dichtheid. De MD-simulatieresultaten van MXenen-Water-systeem laten zien dat hoe dikker de waterlaag, hoe meer verticale waterstofbruggen per eenheid watermoleculen, hoe beperkter de beweging van watermoleculen naar het MXenen-basisoppervlak beperkt, wat resulteert in een toename van de gemiddelde afstand Tussen de overgangsmetaalatomen en de zuurstofatomen in water, en de oxidatiesnelheid van de MXenen neemt af met de toename van de dikte van de waterlaag. Tegelijkertijd zal de oxidatie van mxenen vrije protonen vrijgeven, die een typisch gehydrateerd proton met water vormen, waardoor de beweging van watermoleculen wordt bindt, waardoor de oxidatiesnelheid van MXenen afneemt met de tijdstijging. De gemiddelde afstand tussen verschillende soorten overgangsmetaalatomen en zuurstofatomen in water, evenals de waarschijnlijkheid van fysieke adsorptie van watermoleculen op het mxenen -basisoppervlak, demonstreert het bestaan van een oxidebeschermende laag op het MXenen -oppervlak.
Deze belangrijke bevindingen bieden theoretische begeleiding voor de synthese van zeer stabiele MXenen -materialen.
