Zum ersten Mal haben Forscher die Kinetik der Mxenes -Oxidation im atomaren Maßstab verringert

Quellentitel: Forscher zum ersten Mal aus der Atomskala -Reduktion der Mxenes -Oxidationskinetik

Kürzlich hat das Team von Associate Professor Meng Xing, Schlüssellabor für die neue Batteriephysik und Technologie des Bildungsministeriums, College of Physics der Jilin University, wichtig /Nitriden/Kohlenstoffnitriden (Mxenes), und die relevanten Ergebnisse wurden am 14. Juni 2023 online in der Deutsch Applied Chemistry veröffentlicht.

Aufgrund seiner hohen Leitfähigkeit und seiner reichhaltigen oberflächenfunktionellen Gruppen wird Mxene in Energie, elektronischen Geräten, Biomedizin und anderen Feldern häufig eingesetzt. Mxene verändert sich jedoch leicht in Übergangsmetalloxide in feuchten Umgebungen oder wässrigen Lösungen, was die Anwendung in verschiedenen Feldern einschränkt. Daher ist es ein wichtiges wissenschaftliches Problem, dringend gelöst zu werden, wie Mxenes -Materialien mit hoher chemischer Stabilität synthetisiert werden.

In der Studie führte das Forschungsteam von MENG eine eingehende theoretische Berechnungsstudie zum Oxidationsverhalten des Super-großen Mxenes-Wasser-Systems durch. Durch die Kombination von maschinellem Lernen mit Berechnungen der ersten Prinzipien erreichten die Forscher Simulationen der Molekulardynamik von Nanosekunden mit DFT-Genauigkeit und reduzierten erstmal experimentell. Der Oxidationsmechanismus von Mxenen in feuchter Umgebung oder wässrige Lösung wurde aufgeklärt.

Die Forscher entwickelten eine neuronale Netzwerkpotentialfunktion für das Mxenes-Wasser-System, das im Testsatz gut abschneidet, mit Root-Mean-Quadrat-Fehlern von 2,35 mev/ Atom für Energie und 0,083ev/ a für Kraft im Vergleich zu DFT-Berechnungen. Die auf der potenzielle Funktion basierende MD -Simulation stimmt in hohem Maße mit der AIMD -Simulation in der Radialverteilungsfunktion und dem Eigenschaftstest der dynamischen Dichte überein. Die MD-Simulationsergebnisse des Mxenes-Wasser-Systems zeigen, dass je dicker die Wasserschicht ist, desto vertikalere Wasserstoffbrückenbindungen pro Einheit von Wassermolekülen desto größer sind die Bewegung von Wassermolekülen zur Mxenes-Basisoberfläche, was zu einer Erhöhung der durchschnittlichen Entfernung führt Zwischen den Übergangsmetallatomen und den Sauerstoffatomen in Wasser und der Oxidationsrate der Mxene nimmt mit zunehmender Wasserschichtdicke ab. Gleichzeitig füllt die Oxidation von Mxenen freie Protonen frei, die ein typisches hydratisiertes Proton mit Wasser bilden, wodurch die Bewegung von Wassermolekülen gebunden wird, wodurch die Oxidationsrate von Mxen mit der Zeit zunahm abnimmt. Der durchschnittliche Abstand zwischen verschiedenen Arten von Übergangsmetallatomen und Sauerstoffatomen in Wasser sowie die Wahrscheinlichkeit einer physikalischen Adsorption von Wassermolekülen auf der Mxenes -Basisoberfläche zeigt die Existenz einer Oxid -Schutzschicht auf der Mxenes -Oberfläche.

Diese wichtigen Ergebnisse bieten theoretische Anleitung für die Synthese hochstabiler Mxenes -Materialien.