Pour la première fois, les chercheurs ont réduit la cinétique de l'oxydation des Mxènes à l'échelle atomique

Titre de la source: chercheurs pour la première fois à partir de la réduction de l'échelle atomique de la cinétique d'oxydation de MxEnes

Récemment, l'équipe du professeur agrégé Meng Xing, Key Laboratory of New Battery Physics and Technology of the Ministry of Education, College of Physics, Jilin University, a fait des progrès importants dans le calcul théorique du comportement d'oxydation des carbures de métaux de transition bidimensionnels / Nitrides / nitrides de carbone (MXENES), et les résultats pertinents ont été publiés en ligne dans la chimie appliquée allemande le 14 juin 2023.

En raison de sa conductivité élevée et de ses riches groupes fonctionnels de surface, les Mxènes sont largement utilisés dans l'énergie, les dispositifs électroniques, la biomédecine et d'autres champs. Cependant, les Mxènes se dégradent facilement en oxydes de métal de transition dans des environnements humides ou des solutions aqueuses, ce qui limite son application dans divers domaines. Par conséquent, comment synthétiser les matériaux Mxènes à grande stabilité chimique est un problème scientifique clé à résoudre de toute urgence.

Dans l'étude, l'équipe de recherche de MENG a mené une étude de calcul théorique approfondie sur le comportement d'oxydation du système MXENES-Water super grand. By combining machine learning with first-principles calculations, the researchers achieved nanosecond molecular dynamics simulations with DFT accuracy, and for the first time reduced the kinetic process of MXenes oxidation from the atomic scale, revealing the nature of the exponential decay of MXenes oxidation rate observed expérimentalement. Le mécanisme d'oxydation des Mxènes dans un environnement humide ou une solution aqueuse a été élucidé.

Les chercheurs ont développé une fonction de potentiel de réseau neuronal pour le système MXENES-Water, qui fonctionne bien sur l'ensemble de tests, avec des erreurs carrés moyennes de 2,35MEV / atome pour l'énergie et 0,083ev / a pour la force par rapport aux calculs DFT. La simulation MD basée sur la fonction potentielle est très cohérente avec la simulation AIMD dans la fonction de distribution radiale et le test de propriété de densité dynamique. Les résultats de la simulation MD du système MXEnes-Water montrent que plus la couche d'eau est épaisse, plus les liaisons hydrogène verticales par unité de molécules d'eau, plus le mouvement des molécules d'eau est limitée à la surface de base de Mxènes, entraînant une augmentation de la distance moyenne Entre les atomes de métal de transition et les atomes d'oxygène dans l'eau, et le taux d'oxydation des Mxènes diminue avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'eau. Dans le même temps, l'oxydation des Mxènes libèrera des protons libres, qui formeront un proton hydraté typique avec de l'eau, liant ainsi le mouvement des molécules d'eau, ce qui fait que le taux d'oxydation des Mxènes diminue avec l'augmentation du temps. La distance moyenne entre les différents types d'atomes de métaux de transition et les atomes d'oxygène dans l'eau, ainsi que la probabilité d'adsorption physique des molécules d'eau sur la surface de base de Mxènes, montrent l'existence d'une couche protectrice d'oxyde sur la surface de Mxènes.

Ces résultats importants fournissent des conseils théoriques pour la synthèse de matériaux MXEnes hautement stables.