MXENE: Novi razvojni pristup za širok raspon novih materijala

MXENE je klasa dvodimenzionalnih anorganskih spojeva u znanosti o materijalima. Ti se materijali sastoje od karbida prijelaznih metala, nitrida ili ugljikovih nitrida debljine nekoliko atomskih slojeva. Prvo se pojavio 2011. godine jer MXENE materijali imaju metalnu vodljivost karbida prijelaznih metala zbog hidroksilne skupine ili terminalnog kisika na njihovoj površini. Naširoko se koristi u superkondenzatorima, baterijama, zaštiti elektromagnetskih smetnji i kompozitnim materijalima. Na primjer, za razliku od konvencionalnih baterija, materijal pruža više kanala za kretanje iona, uvelike povećavajući brzinu kretanja iona.

Znanstvenici su razvili MXENE materijale koji sintetiziraju supstrate iz odgovarajuće maksimalne faze, obično selektivnim jetkanjem glavne skupine A Element A, gdje M predstavlja prijelazni metal, X predstavlja ugljik ili dušik, a glavna skupina Element može uključivati ​​aluminij, galij, silicij, silicij , i drugi elementi. Istraživači obično obavljaju jetkanje u vodenoj otopini fluorida vodika (HF) kako bi MXENE imali mješavinu funkcionalnih skupina fluorida, kisika i hidroksida.

Za razliku od površina drugih dvodimenzionalnih materijala, poput grafena i prijelaznih ugljikovih dihalida, funkcionalne skupine također se mogu kemijski modificirati. Prethodne studije pokazale su da selektivni prekid MXENE-a s različitim površinskim skupinama može dovesti do izvrsnih svojstava, uključujući prilagodljive radne funkcije i dvodimenzionalnog feromagnetizma. Kovalentna funkcionalizacija supstrata dovest će do otkrića novih smjerova za racionalni dizajn dvodimenzionalnih funkcionalnih materijala.

Površinske funkcionalne skupine u dvodimenzionalnim karbidima prijelaznih metala mogu proći razne kemijske transformacije kako bi se olakšala upotreba širokog raspona MXENE materijala. Istraživački tim kemije, fizike i znanstvenika nanomaterijala sa Sveučilišta u Chicagu i Nacionalnog laboratorija Argonne osmislio je i razvio novi put za sintezu MXENE. Oni ugrađuju i uklanjaju površinske skupine supstitucijskim i eliminacijskim reakcijama u rastopljenim anorganskim solima. Tim je uspješno sintetizirao mxene s površinskim krajevima kisika, imida, sumpora, klora, selena, broma i talurija s jedinstvenim strukturnim i elektroničkim svojstvima, a ove površinske skupine također mogu kontrolirati međusobnu udaljenost u rešetki mxen -a kako bi se pokazala ovisna o superkonduktivnosti na površini grupe.