MXENE: Une nouvelle approche de développement pour un large éventail de nouveaux matériaux

MXENE est une classe de composés inorganiques bidimensionnels en science des matériaux. Ces matériaux sont constitués de carbures en métal de transition, de nitrures ou de nitrures de carbone plusieurs couches atomiques d'épaisseur. Il est apparu pour la première fois en 2011 car les matériaux MXENE ont la conductivité métallique des carbures de métaux de transition en raison du groupe hydroxyle ou de l'oxygène terminal à leur surface. Il est largement utilisé dans les supercondensateurs, les batteries, le blindage électromagnétique et les matériaux composites. Par exemple, contrairement aux batteries conventionnelles, le matériau fournit plus de canaux pour le mouvement des ions, augmentant considérablement la vitesse du mouvement des ions.

Les scientifiques ont développé des matériaux mXene qui synthétisent des substrats à partir de la phase maximale correspondante, généralement en gravant sélectivement le groupe principal A élément A, où M représente le métal de transition, X représente le carbone ou l'azote, et le groupe principal Un élément peut inclure l'aluminium, le gallium, le silicium et autres éléments. Les chercheurs effectuent généralement une gravure dans une solution aqueuse de fluorure d'hydrogène (HF) pour faire en sorte que le mXene ait un mélange de groupes fonctionnels de fluor, d'oxygène et d'hydroxyde.

Contrairement aux surfaces d'autres matériaux bidimensionnels, tels que le graphène et les dihalides de carbone transitoires, les groupes fonctionnels peuvent également être modifiés chimiquement. Des études antérieures ont montré que la terminaison sélective de MXENE avec différents groupes de surface peut conduire à d'excellentes propriétés, y compris des fonctions de travail accordables et un ferromagnétisme bidimensionnel. La fonctionnalisation covalente des substrats conduira à la découverte de nouvelles directions pour la conception rationnelle des matériaux fonctionnels bidimensionnels.

Les groupes fonctionnels de surface dans des carbures métalliques à transition bidimensionnelle peuvent subir une variété de transformations chimiques pour faciliter l'utilisation d'une large gamme de matériaux MXENE. Une équipe de recherche de scientifiques de la chimie, de la physique et des nanomatériaux du laboratoire national de l'Université de Chicago et d'Argonne a conçu et développé une nouvelle voie pour la synthèse de MXene. Ils installent et éliminent les groupes de surface par des réactions de substitution et d'élimination dans les sels inorganiques fondues. L'équipe a synthétisé la mXene avec des extrémités de surface de l'oxygène, de l'imide, du soufre, du chlore, du sélénium, du brome et du tellurium avec des propriétés structurelles et électroniques uniques, et ces groupes de surface peuvent également contrôler la distance interatomique dans le lattice mXene pour montrer la superconductivité dépendant de la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la surface dans la Surface groupes.