Istraživači su prvi put smanjili kinetiku oksidacije Mxenesa na atomskoj skali

Naslov izvora: Istraživači prvi put iz smanjenja atomske ljestvice kinetike oksidacije MxENES -a

Nedavno je tim izvanrednog profesora Meng Xing-a, ključni laboratorij nove fizike baterija i tehnologije Ministarstva obrazovanja, Fakultet za fiziku, Sveučilište Jilin, postigao je važan napredak u teorijskom izračunavanju oksidacijskog ponašanja dvodimenzionalnog prijelaznog metala karbida /Nitridi/ugljični nitridi (MxENES), a relevantni rezultati objavljeni su na mreži u njemačkoj primijenjenoj kemiji 14. lipnja 2023.

Zbog svoje visoke vodljivosti i bogatih površinskih funkcionalnih skupina, Mxenes se široko koristi u energetskim, elektroničkim uređajima, biomedicini i drugim poljima. Međutim, Mxenes se lako degradira u okside prijelaznih metala u vlažnim okruženjima ili vodenim otopinama, što ograničava njegovu primjenu u različitim poljima. Stoga je kako sintetizirati MXENES materijale s visokom kemijskom stabilnošću ključni je znanstveni problem koji treba hitno riješiti.

U studiji, MENG-ov istraživački tim proveo je dubinsku teorijsku proračunsku studiju o oksidacijskom ponašanju super velikog Mxenes-vodenog sustava. Kombinirajući strojno učenje s proračunima prvih principa, istraživači su postigli simulacije nanosekunde molekularne dinamike s točnošću DFT-a, a prvi put su smanjili kinetički proces oksidacije Mxenesa iz atomske ljestvice, otkrivajući prirodu eksponencijalnog propadanja stope oksidacije Mxenes eksperimentalno. Oslobođen je mehanizam oksidacije MXENE -a u vlažnom okolišu ili vodenoj otopini.

Istraživači su razvili funkciju neuronske mreže za sustav Mxenes-Water, koji se dobro snalazi na testnom skupu, s pogreškama korijenskog srednjeg kvadrata od 2,35MEV/ atoma za energiju i 0,083EV/ A za silu u usporedbi s DFT proračunima. MD simulacija koja se temelji na potencijalnoj funkciji vrlo je u skladu s AIMD simulacijom u funkciji radijalne distribucije i testom svojstva dinamičke gustoće. Rezultati simulacije MD-a sustava Mxenes-Water pokazuju da što je deblji vodeni sloj, vertikalniji vodikov veze po jedinici molekula vode, što je ograničene kretanje molekula vode na površinu baze Mxenes, što rezultira povećanjem prosječne udaljenosti Između atoma prijelaznog metala i atoma kisika u vodi, a brzina oksidacije Mxenes smanjuje se s povećanjem debljine vodenog sloja. Istodobno, oksidacija mxena će oslobađati slobodne protone, koji će tvoriti tipični hidratizirani proton s vodom, vežući tako kretanje molekula vode, čineći da se brzina oksidacije mxena smanjuje s povećanjem vremena. Prosječna udaljenost između različitih vrsta atoma prijelaznih metala i atoma kisika u vodi, kao i vjerojatnost fizičke adsorpcije molekula vode na površini baze MxENES, pokazuje postojanje zaštitnog sloja oksida na površini MxENES.

Ovi važni nalazi daju teorijske smjernice za sintezu visoko stabilnih MXENES materijala.