Forskere finder, at 2-D overgangsmetalkarbider reagerer med vand, åbner en dør til deres ukendte kemi

Forskere ved Missouri S&T har opdaget, at todimensionelle (2-D) titaniumcarbidmaterialer, eller MXenes, kan reagere med vand uden andre oxidationsmidler involveret. Deres fund kan føre til ny indsigt i den usædvanlige kemi af MXenes og som følge heraf have indflydelse på MXenes' lager- og enhedsfremstilling.

MXenes er en af ​​de største familier af 2-D materialer. De er nogle få atomtykke plader med strukturer af overgangsmetalcarbider og nitrider og med karakteristiske egenskaber såsom høj elektrisk ledningsevne kombineret med deres evne til at sprede sig i vand.

Forskere er begejstrede for deres potentielle brug i energilagring og høstapplikationer såsom batterier, superkondensatorer og triboelektriske nanogeneratorer, som omdanner spildt friktionsenergi til elektricitet, ifølge Dr. Vadym Mochalin, lektor i kemi ved Missouri S&T.

"MXenes reaktivitet over for vand, vi har påvist, ændrer ikke kun den almindelige opfattelse af titaniumcarbids modstandsdygtighed over for hydrolyse under omgivende forhold, men påpeger også de slående forskelle i kemiske egenskaber mellem bulk- og 2-D-former af det samme materiale, " siger Mochalin.

Mochalin og hovedforfatter Shuohan Huang, en doktorgradsstuderende i kemi, der arbejder i Mochalins forskningsgruppe ved Missouri S&T, diskutere deres resultater i "Hydrolysis of 2-D Transition-Metal Carbides (MXenes) in Colloidal Solutions, " et papir offentliggjort i dag i tidsskriftet American Chemical Society Uorganisk kemi .

"Vores nye resultater er vigtige, fordi vi nu ved, at det er vandet i sig selv snarere end ilt, som MXener skal beskyttes mod under fremstilling og opbevaring, " siger Huang.

For at nå frem til deres "kun vand" konklusion, Huang og Mochalin testede systematisk hydrolysen og den kemiske stabilitet af MXenes Ti3C2Tx og Ti2CTx i vand og ikke-vandige kolloide opløsninger udsat for oxygen og/eller inaktive gasmiljøer i forskellige kombinationer, som eksemplet
vist på billedet.

"Det ser ud til, at i deres 2-D tilstand, overgangsmetalkarbider er ret reaktive, " siger Mochalin. "Med vores resultat, vi ser frem til opfølgende undersøgelser af deres rige kemi i reaktioner med vand og andre molekyler, herunder organiske forbindelser, samt undersøgelser af MXenes' mulige katalytiske egenskaber."