Автор: AZoNano 13 марта 2020

Десять лет назад исследователи из Университета Дрексел создали первый в мире образец группы наноматериалов, известный как MXenes. Сегодня эти материалы интенсивно изучаются.

Теперь ученые определили еще один метод производства тонкого атома материала, который предлагает несколько новых возможностей для его применения. Последнее открытие исключает воду из процесса, используемого для изготовления MXenes. Это подразумевает, что материалы могут использоваться в приложениях, таких как солнечные элементы следующего поколения и аккумуляторные электроды, где вода ухудшает рабочие характеристики или действует как загрязняющее вещество.

Это открытие обеспечивает новый тип рецепта для решения для химического травления, которое производит MXene путем вырезания слоев из керамического материала-предшественника, известного как фаза MAX. MXenes – это двумерные (2D) слоистые материалы. Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Chem .

Вода использовалась в процессах получения MXene для разбавления травильной кислоты и в качестве растворителя для нейтрализации реакции, но не всегда желательно иметь ее следы в готовом продукте. Некоторое время мы работали над изучением других травителей для P-фазы MAX, и теперь мы нашли правильную комбинацию химических веществ, чтобы сделать это .

Мишель Барсум, доктор философии, заслуженный профессор инженерного колледжа Университета Дрексел

В последнее время MXenes привлекают большой интерес как проводящий, долговечный и многоцелевой материал, который однажды может улучшить телекоммуникацию, облегчить функциональный текстиль и усовершенствовать технологию накопления энергии.

Для производства этих материалов обычно используют концентрированную кислоту, чтобы отрезать атомные слои от материала фазы МАХ, которые впоследствии промывают водой, оставляя после себя чешуйки материала 2D-слоя. Затем эти чешуйки могут быть спрессованы в тонкие пленки для аккумуляторных электродов и микрочипов или использованы для покрытия устройств, чтобы предотвратить электромагнитные помехи или распылительную краску антенн.

Барсум и его сотрудники сообщили о процессе, в котором дигидрофторид аммония – химическое вещество, которое часто используется для травления стекла, – и органический растворитель, используются для травления фазы MAX. Раствор частично выполняет процесс травления, поскольку он разлагается на плавиковую кислоту. Ему не нужна вода для удаления побочных продуктов процесса травления или его разбавления.

Этот процесс производства материалов MXene изменяет их внутреннюю химическую структуру таким образом, что делает их более подходящими для использования в определенных типах солнечных элементов и батарей, где вода может замедлять химические реакции, которые накапливают и / или изменяют энергию или, в некоторых случаях, даже привести к коррозии.

MXenes показали огромный потенциал для улучшения устройств накопления энергии, но это открытие делает их еще более перспективными. Известно, что даже незначительное присутствие воды в литиевых или натриево-ионных батареях, использующих органические электролиты, может отрицательно сказаться на их работе.

Варун Нату, первый автор исследования и доктор наук, Технический колледж, Университет Дрексел

Нату продолжил: « В этой работе мы показываем, что пленки MXene, синтезированные в пропиленкарбонате – при испытании в качестве анодов в натриево-ионной батарее – демонстрируют почти удвоенную емкость того же состава, протравленного в воде. Кроме того, MXenes теперь можно легко интегрировать с материалами, которые разлагаются в воде, такими как определенные полимеры, квантовые точки и перовскиты ».

Помимо улучшения материала MXene для таких применений – с другими приложениями, которые еще предстоит проанализировать – новый процесс позволяет восстанавливать и повторно использовать травильный раствор. Это может оказаться полезным, поскольку компании и ученые исследуют наиболее эффективный метод модернизации производственного процесса.

Ученые, которые принимали участие в этом исследовании, в том числе Вибха Калра, доктор философии, доцент Технического колледжа, искали способы повысить безопасность и производительность батарей путем создания новых видов электродов. Это открытие может ввести новые варианты в этих усилиях, а также продвинуть область исследований MXene в Университете Дрекселя.

Это открытие открывает огромную новую область исследований: неводное травление MXenes. Мы считаем, что эта работа окажется полезной не только для сообщества MXene, но и для исследователей в области материаловедения .

Мишель Барсум, доктор философии, заслуженный профессор инженерного колледжа Университета Дрексел

Источник: http://www.drexel.edu/