Mxene: Ein neuer Entwicklungsansatz für eine breite Palette neuer Materialien

Mxen ist eine Klasse von zweidimensionalen anorganischen Verbindungen in der Materialwissenschaft. Diese Materialien bestehen aus Übergangsmetallcarbiden, Nitriden oder Kohlenstoffnitriden mehrere atomare Schichten dick. Es trat erstmals im Jahr 2011 auf, weil MXen -Materialien aufgrund der Hydroxylgruppe oder des terminalen Sauerstoffs auf ihrer Oberfläche die Metallleitfähigkeit von Übergangsmetallcarbiden aufweisen. Es wird häufig in Superkondensatoren, Batterien, elektromagnetischen Interferenzabschirmen und Verbundwerkstoffen verwendet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien bietet das Material beispielsweise mehr Kanäle für die Bewegung von Ionen, was die Geschwindigkeit der Ionenbewegung erheblich erhöht.

Wissenschaftler haben Mxen -Materialien entwickelt, die Substrate aus der entsprechenden maximalen Phase synthetisieren, normalerweise durch selektiv das Hauptgruppengruppe A Element, wobei m das Übergangsmetall darstellt, X Kohlenstoff oder Stickstoff repräsentiert, und die Hauptgruppe, die ein Element Aluminium, Gallium, Silizium umfassen kann und andere Elemente. Forscher führen typischerweise Ätzen in einer wässrigen Wasserstofffluorid (HF) -Lösung durch, um MXen zu machen, die eine Mischung aus Fluorid-, Sauerstoff- und Hydroxidfunktionsgruppen aufweisen.

Im Gegensatz zu den Oberflächen anderer zweidimensionaler Materialien wie Graphen- und Übergangskohlenstoffdihalide können auch funktionelle Gruppen chemisch modifiziert werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass die selektive Beendigung von MXen mit verschiedenen Oberflächengruppen zu hervorragenden Eigenschaften führen kann, einschließlich einstellbarer Arbeitsfunktionen und zweidimensionaler Ferromagnetismus. Die kovalente Funktionalisierung von Substraten führt zur Entdeckung neuer Richtungen für die rationale Gestaltung von zweidimensionalen funktionellen Materialien.

Oberflächenfunktionsgruppen in zweidimensionalen Übergangsmetallcarbiden können einer Vielzahl von chemischen Transformationen erfahren, um die Verwendung einer Vielzahl von MXen-Materialien zu erleichtern. Ein Forschungsteam der Chemie-, Physik- und Nanomaterialien -Wissenschaftler des Nationalen Labors der Universität von Chicago und dem Argonne -Labor hat einen neuartigen Weg für die MXene -Synthese entworfen und entwickelt. Sie installieren und entfernen Oberflächengruppen durch Substitutions- und Eliminierungsreaktionen in geschmolzenen anorganischen Salzen. Das Team synthetisierte Mxen erfolgreich mit Oberflächenenden von Sauerstoff, Imid, Schwefel, Chlor, Selen, Brom und Tellur mit einzigartigen strukturellen und elektronischen Eigenschaften, und diese Oberflächengruppen können auch den interatomischen Abstand im Mxen -Gitter steuern, um eine Superkontrolle zu zeigen, die von der Oberfläche abhängig ist Gruppen.