För första gången har forskare minskat kinetiken för mxenesoxidation i atomskalan

Källtitel: Forskare för första gången från Atomic Scale Reduction of Mxenes Oxidation Kinetics

Nyligen har teamet av lektor Meng Xing, Key Laboratory of New Battery Physics and Technology of Ministry of Education, College of Physics, Jilin University, gjort viktiga framsteg i den teoretiska beräkningen av oxidationsbeteendet hos tvådimensionella övergångsmetallkarbider /nitrider/kolnitrider (MXENES) och relevanta resultat publicerades online i den tyska tillämpade kemi den 14 juni 2023.

På grund av dess höga konduktivitet och rika ytfunktionella grupper används MXENES allmänt inom energi, elektroniska anordningar, biomedicin och andra fält. Emellertid försämras mxener lätt till övergångsmetalloxider i våta miljöer eller vattenhaltiga lösningar, vilket begränsar dess tillämpning inom olika fält. Därför är hur man syntetiserar mxenes -material med hög kemisk stabilitet ett viktigt vetenskapligt problem som ska lösas brådskande.

I studien genomförde Mengs forskargrupp en djupgående teoretisk beräkningsstudie om oxidationsbeteendet hos det super stora mxenes-vatten-systemet. 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 experimentellt. Oxidationsmekanismen för mxener i våt miljö eller vattenlösning klargjordes.

Forskarna utvecklade en neural nätverkspotentialfunktion för MXENES-vatten-systemet, som fungerar bra på testuppsättningen, med rot-medel-kvadratfel på 2,35 mev/ atom för energi och 0,083EV/ A för kraft jämfört med DFT-beräkningar. MD -simuleringen baserad på den potentiella funktionen är mycket förenlig med AIMD -simuleringen i den radiella distributionsfunktionen och det dynamiska täthetstestet. MD-simuleringsresultaten från MXENES-vatten-systemet visar att ju tjockare vattenskiktet är, desto mer vertikala vätebindningar per enhet av vattenmolekyler, desto mer begränsad rörelse av vattenmolekyler till MXENES-basytan, vilket resulterar i en ökning av det genomsnittliga avståndet Mellan övergångsmetallatomerna och syreatomerna i vatten, och mxenesoxidationshastigheten minskar med ökningen av vattenskiktets tjocklek. Samtidigt kommer oxidationen av MXENES att frigöra fria protoner, som kommer att bilda en typisk hydratiserad proton med vatten, vilket binder rörelsen av vattenmolekyler, vilket gör oxidationshastigheten för mxener minskning med ökningen av tiden. Det genomsnittliga avståndet mellan olika typer av övergångsmetallatomer och syreatomer i vatten, såväl som sannolikheten för fysisk adsorption av vattenmolekyler på MXENES -basytan, visar förekomsten av ett oxidskyddsskikt på mxenerytan.

Dessa viktiga fynd ger teoretisk vägledning för syntesen av mycket stabila MXENES -material.