Mxene: Nový přístup k rozvoji pro širokou škálu nových materiálů

Mxene je třída dvourozměrných anorganických sloučenin ve vědě o materiálech. Tyto materiály se skládají z přechodných kovových karbidů, nitridů nebo nitridů uhlíku několika atomových vrstev. Poprvé se objevil v roce 2011, protože materiály mxenu mají kovovou vodivost karbidů přechodných kovů kvůli hydroxylové skupině nebo terminálním kyslíku na jejich povrchu. Je široce používán v superkondenzátorech, bateriích, elektromagnetickém interferenčním stínění a kompozitních materiálech. Například na rozdíl od konvenčních baterií materiál poskytuje více kanálů pro pohyb iontů, což výrazně zvyšuje rychlost pohybu iontů.

Vědci vyvinuli mxenové materiály, které syntetizují substráty z odpovídající maximální fáze, obvykle selektivním leptáním hlavního prvku skupiny A, kde M představuje přechodný kov, X představuje uhlík nebo dusík a hlavní prvek A může zahrnovat hliník, gallium, křemík může zahrnovat hliník, gallium, křemík a další prvky. Vědci obvykle provádějí leptání v roztoku vodného vodíku (HF), aby mxen má směs fluoridů, kyslíku a hydroxidu.

Na rozdíl od povrchů dalších dvourozměrných materiálů, jako je grafen a přechodné uhlíkové dihalidy, mohou být také chemicky modifikovány funkční skupiny. Předchozí studie ukázaly, že selektivní ukončení mxenu s různými povrchovými skupinami může vést k vynikajícím vlastnostem, včetně laditelných pracovních funkcí a dvourozměrného feromagnetismu. Kovalentní funkcionalizace substrátů povede k objevu nových směrů pro racionální návrh dvourozměrných funkčních materiálů.

Povrchové funkční skupiny ve dvourozměrných karbidech přechodných kovů mohou podstoupit řadu chemických transformací, aby se usnadnilo použití široké škály materiálů mxenu. Výzkumný tým chemie, fyziky a vědců nanomateriálů z University of Chicago a Argonne National Laboratory navrhl a vyvinul novou cestu pro syntézu mxenu. Instalují a odstraňují povrchové skupiny prostřednictvím substitučních a eliminačních reakcí v roztavených anorganických solích. Tým úspěšně syntetizoval mxen s povrchovými koncovkami kyslíku, imidu, síry, chloru, selenu, bromu a telurium s jedinečnými strukturálními a elektronickými vlastnostmi a tyto povrchové skupiny mohou také ovládat interatomickou vzdálenost v mxenové mřížce, aby ukázaly superaduktivitu závislé na povrchu závislé na povrchu závislé na povrchu závislé na povrchu závislé na povrchu závislé skupiny.