Mxene: En ny utvecklingsmetod för ett brett utbud av nya material

Mxen är en klass av tvådimensionella oorganiska föreningar inom materialvetenskap. Dessa material består av övergångsmetallkarbider, nitrider eller kolnitrider flera atomlager tjocka. Det dök upp först 2011 eftersom MXENE -material har metallkonduktiviteten för övergångsmetallkarbider på grund av hydroxylgruppen eller terminal syre på deras yta. Det används ofta i superkapacitatorer, batterier, elektromagnetisk störningsskydd och kompositmaterial. Till exempel, till skillnad från konventionella batterier, ger materialet fler kanaler för rörelse av joner, vilket ökar hastigheten på jonrörelsen kraftigt.

Forskare har utvecklat mxenmaterial som syntetiserar substrat från motsvarande maxfas, vanligtvis genom att selektivt etsning av huvudgrupp A -elementet, där M representerar övergångsmetall, X representerar kol eller kväve, och huvudgruppen A -elementet kan inkludera aluminium, gallium, kisel, kiselon och andra element. Forskare utför vanligtvis etsning i en vattenhaltig vätefluorid (HF) -lösning för att göra mxen att ha en blandning av fluorid-, syre- och hydroxidfunktionella grupper.

Till skillnad från ytorna på andra tvådimensionella material, såsom grafen och övergångs koldihalider, kan funktionella grupper också modifieras kemiskt. Tidigare studier har visat att selektiv avslutning av mxen med olika ytgrupper kan leda till utmärkta egenskaper, inklusive inställbara arbetsfunktioner och tvådimensionell ferromagnetism. Den kovalenta funktionaliseringen av underlag kommer att leda till upptäckten av nya riktningar för rationell design av tvådimensionella funktionella material.

Ytfunktionella grupper i tvådimensionella övergångsmetallkarbider kan genomgå en mängd kemiska transformationer för att underlätta användningen av ett brett spektrum av mxenmaterial. Ett forskarteam av kemi, fysik och nanomaterialforskare från University of Chicago och Argonne National Laboratory har designat och utvecklat en ny väg för mxensyntes. De installerar och tar bort ytgrupper genom substitution och eliminationsreaktioner i smält oorganiska salter. The team successfully synthesized MXene with surface ends of oxygen, imide, sulfur, chlorine, selenium, bromine and tellurium with unique structural and electronic properties, and these surface groups can also control the interatomic distance in the MXene lattice to show superconductivity dependent on the surface grupper.