Metallische geleidbaarheid en hydrofiliciteit van MXenes hebben ze gevestigd als elektroden in oplaadbare batterijen en supercondensatoren, evenals andere toepassingen, inclusief fotothermische kankertherapie, elektromagnetische afscherming, waterzuivering en gasdetectie. In het journaal Angewandte Chemie , onderzoekers hebben nu een nieuwe productiemethode geïntroduceerd. In plaats van conventionele, nog duurder, titanium aluminiumcarbide, ze etsen selectief silicium uit titanium siliciumcarbide, een goedkopere en meer gebruikelijke voorloper, om titaniumcarbide te synthetiseren.

Tweedimensionale materialen, bestaande uit extreem dunne lagen van enkele atomen dik, hebben unieke eigenschappen die totaal anders zijn dan de normale driedimensionale versies. Een prominent voorbeeld hiervan is grafeen, die is gemaakt van enkele lagen koolstofatomen. In 2011, een nieuwe klasse van tweedimensionale materialen werd gesynthetiseerd aan de Drexel University in Philadelphia (Pennsylvania, VS). Bekend als MXenes, de materialen zijn gemaakt van overgangsmetaalcarbiden en nitriden, waarbij de M staat voor een overgangsmetaal, zoals titaan, vanadium, of molybdeen, X kan koolstof en/of stikstof zijn, en er zijn veel composities beschikbaar (ongeveer 30 zijn al experimenteel gedemonstreerd en er worden er nog tientallen verwacht). Een zo'n MXene is titaniumcarbide, Ti ₃ C ₂ .

Het verkrijgen van het gewenste MXene gaat meestal gepaard met een omweg:gelaagde carbiden en nitriden, bekend als MAX-fasen, worden selectief geëtst met fluorwaterstofzuur om de lagen van het "A"-element te verwijderen, dat is een groep 13 of 14 element zoals aluminium, silicium, of germanium. Op deze manier, titaniumcarbide kan worden verkregen door het aluminium uit titaniumaluminiumcarbide te etsen (Ti ₃ AlC ₂ ). Echter, dit uitgangsmateriaal is duur, en de productie is complex. In tegenstelling tot, de silicium analoog, titanium siliciumcarbide (Ti ₃ SiC ₂ ), is in de handel verkrijgbaar en goedkoper. Ti ₃ SiC ₂ was de eerste MAX-fase die Drexel-onderzoekers in 2011 probeerden selectief te etsen maar de synthese mislukte met alleen fluorwaterstofzuur omdat de siliciumatomen sterk gebonden zijn aan de aangrenzende overgangsmetaalatomen.

Een team onder leiding van Yury Gogotsi van de Drexel University heeft nu een succesvolle variant van dit proces ontwikkeld. Door een oxidatiemiddel toe te voegen, de onderzoekers konden de siliciumbindingen verzwakken en silicium oxideren. Met behulp van mengsels van fluorwaterstofzuur en een oxidatiemiddel zoals salpeterzuur, waterstof peroxide, of kaliumpermanganaat, het team produceerde titaniumcarbide MXene door selectief silicium uit Ti . te verwijderen ₃ SiC ₂ .

Het etsproces laat stapels titaniumcarbide achter, die kunnen worden gedelamineerd om vlokken te maken, die ongeveer 1 nanometer dik zijn. De onderzoekers gebruikten deze methode om flexibele, elektrisch geleidende titaancarbidefilms op relatief grote schaal.

Deze nieuwe methode zou de productie van MXenen gemakkelijker kunnen maken, en open wegen naar de productie van nieuwe MXenen en verwante tweedimensionale materialen uit siliciumbevattende voorlopers, uitbreiding van de familie van 2D-nanobladen die beschikbaar zijn voor wetenschappers en ingenieurs.