C-vitamin er nøglen til beskyttelse af spændende nyt nanomateriale

I arbejde, der kunne åbne en sluser af fremtidige applikationer for en ny klasse af nanomaterialer kendt som MXenes (udtales "Maxines"), forskere fra Texas A&M University har opdaget en simpel, billig måde at forhindre materialernes hurtige nedbrydning på.

Todimensionelle MXene nanoplader lover i applikationer lige fra energilagring til vandrensning. Imidlertid, MXenes har en akilleshæl:de nedbrydes hurtigt, når de holdes i det fri.

Ifølge Texas A&M-teamet, Løsningen på dette problem involverer at udsætte MXener for hvad som helst i en familie af forbindelser, der bedst repræsenteres af et naturligt kosttilskud såsom C-vitamin.

"Med disse resultater, hyldestabile MXener bliver mulige, og MXene-baserede materialer i teknisk kvalitet kan blive en praktisk realitet, " skrev forskerne i et papir til det kommende nummer af online-tidsskriftet Stof .

Interessante egenskaber

Opdaget i 2011 af et team på Drexel University, MXener er plader af materialer, der kun er få atomer tykke, og som for det meste er sammensat af lag af metaller som titanium indflettet af kulstof og/eller nitrogen.

På grund af deres nanotykkelse og de mange forskellige elementer, de kan være sammensat af (andre nanomaterialer som grafen indeholder kun kulstof), "disse materialer har en tendens til at have virkelig interessante egenskaber, som høj elektrisk ledningsevne og høj katalytisk aktivitet, " sagde Dr. Micah Green, en lektor, der ledede arbejdet og har fælles ansættelser i Artie McFerrin Department of Chemical Engineering og Department of Materials Science and Engineering ved Texas A&M.

Som følge af disse egenskaber, MXenes har skabt stor interesse og entusiasme i forskningsmiljøet med potentielle anvendelser inden for alt fra batterier til elektroniske sensorer.

"Men der har været et problem, der lurer i baggrunden, " sagde Green. MXenes nedbrydes, eller oxidere, hurtigt. "De falder fra hinanden og holder op med at være nanoark. Dette sker i løbet af få dage."

Selvom andre forskere har fundet ud af, at teknikker som at tørre eller fryse MXener kan forsinke deres nedbrydning, "De kommer stadig ikke til at holde i årevis, " sagde han. "Og ingen vil have et materiale, der ikke har en lang holdbarhed."

Texas A&M tacklede problemet gennem et tværfagligt team af eksperter i nanomaterialer, keramik og polymerer.

De andre fakultetsmedlemmer involveret i arbejdet er Dr. Miladin Radovic, professor ved Institut for Materialevidenskab og Teknik, og Dr. Jodie Lutkenhaus, lektor ved Institut for Materialevidenskab og Institut for Kemiteknik.

Mod en løsning

Holdet fandt i sidste ende ud af, at udsættelse af en typisk MXene for en opløsning af natrium L-ascorbat forhindrede nanoarket i at nedbryde. Plus, flere beslægtede forbindelser, herunder C-vitamin, virkede også. Ifølge Green, effekten varer ved. Han bemærkede også, at holdet gjorde opdagelsen for omkring et år siden, og de behandlede MXener er stadig stabile.

For yderligere at undersøge det fænomen, der fører til den forbedrede stabilitet, holdet gennemførte simuleringer af molekylær dynamik af interaktionerne mellem MXenerne og antioxidanterne. De fandt ud af, at ascorbatmolekylerne ser ud til at associere med MXene nanoarket, forhindrer det i at interagere med vandmolekyler og som et resultat, beskytter det mod oxidation.

Holdet er begejstret, fordi deres "metode ser ud til at fungere med en række forskellige MXenes, " sagde Green. Den Stof papir fokuserer på den mest almindelige MXene (Ti3C2Tx), men andre typer MXener er endnu mere ustabile. Så meget, at "folk har tvivlet på, om disse materialer nogensinde kunne finde anvendelse. Med denne teknik, det kan ændre sig." Forskerne udforsker i øjeblikket stabiliteten af ​​disse ekstra MXener ved at bruge den samme tilgang.

"Vores håb er, at alle, der arbejder på MXenes, herunder folk i industrien, vil bruge vores teknik til at beskytte deres materialer, " sagde Green.