Poprvé vědci snížili kinetiku oxidace mxenů v atomové stupnici

Název zdroje: Vědci poprvé od redukce atomové stupnice oxidační kinetiky mxenů

Nedávno tým docentky Meng Xing, klíčová laboratoř nové fyziky a technologie baterií ministerstva školství, College of Physics, Jilin University, dosáhl důležitého pokroku v teoretickém výpočtu oxidačního chování dvourozměrných přechodných kovových karbidů /nitridy/nitridy uhlíku (MXENES) a příslušné výsledky byly zveřejněny online v německé aplikované chemii 14. června 2023.

Díky své vysoké vodivosti a bohatém povrchovém funkčním skupinách se MXENES široce používá v energii, elektronických zařízeních, biomedicíně a dalších oborech. MXENS se však snadno zhoršuje na oxidy přechodných kovů ve mokrých prostředích nebo vodných roztocích, což omezuje jeho použití v různých oborech. Proto, jak syntetizovat materiály MXENS s vysokou chemickou stabilitou, je proto klíčovým vědeckým problémem, který je třeba naléhavě vyřešit.

Ve studii výzkumný tým Meng provedl hloubkovou teoretickou výpočtovou studii o oxidačním chování super velkého systému Mxenes-Water. Kombinací strojového učení s výpočty prvních principů dosáhli vědci simulace nanosekundové molekulární dynamiky s přesností DFT a poprvé snížili kinetický proces oxidace Mxenů z atomové stupnice, což odhalilo povahu exponenciálního rozpadu oxidace oxidace Mxenů experimentálně. Oxidační mechanismus mxenů ve mokrém prostředí nebo vodném roztoku byl objasněn.

Vědci vyvinuli funkci potenciálu neuronové sítě pro systém MXENES-Water, který dobře funguje na testovací sadě, s chybami kořenového průměru 2,35 mev/ atom pro energii a 0,083ev/ a pro sílu ve srovnání s výpočty DFT. Simulace MD založená na potenciální funkci je vysoce v souladu se simulací AIMD ve funkci radiálního rozložení a testem vlastnosti dynamické hustoty. Výsledky simulace MD simulace systému MXENS-Water ukazují, že čím silnější vodní vrstva, tím více vertikální vodíkové vazby na jednotku molekul vody, tím omezenější je pohyb molekul vody na základní povrch mxenů, což vede ke zvýšení průměrné vzdálenosti, což vede ke zvýšení průměrné vzdálenosti Mezi atomy přechodového kovu a atomy kyslíku ve vodě a rychlost oxidace Mxenů klesá se zvyšováním tloušťky vodní vrstvy. Současně uvolní oxidace mxenů volné protony, které vytvoří typický hydratovaný proton s vodou, čímž se váže pohyb molekul vody, takže oxidační rychlost mxenů se snižuje se zvyšováním času. Průměrná vzdálenost mezi různými typy atomů přechodného kovu a atomy kyslíku ve vodě, jakož i pravděpodobnost fyzické adsorpce molekul vody na povrchu základního základu, ukazují existenci oxidové ochranné vrstvy na povrchu mxenů.

Tato důležitá zjištění poskytují teoretické pokyny pro syntézu vysoce stabilních materiálů Mxenů.