science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Niet altijd slecht - MXenes spontane oxidatie gebruikt om 2D-nanocomposieten te maken

Illustratie van omgevingsgevoelige fotorespons van spontaan gedeeltelijk geoxideerde Ti3C2 MXene dunne film bij blootstelling aan UV-licht. Moleculen in de omgeving moduleren de fotorespons. Krediet:Missouri University of Science and Technology

Onderzoekers van Missouri S&T hebben een nieuwe manier ontdekt om het potentieel van een soort spontaan geoxideerde dunne MXene-films te benutten, om nanocomposieten te maken die zowel licht als de omgeving kunnen voelen. Eerder, een dergelijke spontane oxidatie werd als schadelijk beschouwd omdat het de MXene-structuur afbreekt. Het onderzoek is gepubliceerd in het juni 2018 nummer van: ACS Nano , een van de best beoordeelde Google Scholar, peer-reviewed wetenschappelijke tijdschriften.

"Nu hebben we aangetoond dat gedeeltelijke spontane oxidatie van MXenen tot titaniumoxide dat is geïntegreerd met de MXene-vlokken, kan worden gebruikt om goedkoop bruikbare MXene-titania-nanocomposieten te vervaardigen, " zegt Dr. Vadym Mochalin, universitair hoofddocent scheikunde aan de Missouri University of Science and Technology en hoofdonderzoeker van het onderzoek.

"Met de exponentiële toename van het onderzoek van MXenes in de afgelopen jaren, conceptuele ontdekkingen komen minder vaak voor, " zegt Mochalin. "Tegelijkertijd, onderzoekers verdiepen zich in de fundamentele eigenschappen van MXenes, vooral, de gecompliceerde chemie van deze materialen."

MXenen zijn tweedimensionale anorganische verbindingen die bestaan ​​uit een paar atoomdikke lagen metaalcarbiden en nitriden die een hoge elektrische geleidbaarheid hebben, samen met hydrofiliciteit, niet-lineaire optische en afstembare elektronische eigenschappen. Als metalen geleiders, ze mogen geen fotostroom in het materiaal produceren wanneer ze worden blootgesteld aan licht, net als typische halfgeleiders zoals silicium.

Echter, in hun juni-krant, "Milieugevoelige fotorespons van spontaan gedeeltelijk geoxideerde Ti3C2 MXene Thin Films", co-auteur van Mochalin en Dr. Sergii Chertopalov, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Mochalin, de auteurs maten een fotostroom door de monsters wanneer de gedeeltelijk geoxideerde dunne Ti3C2 MXene-films werden bestraald met ultraviolet (UV) licht.

"Materiaalwetenschappers kennen titaniumoxide als een fotogevoelig halfgeleidermateriaal voor veel toepassingen, waaronder fotokatalyse, milieusanering en -detectie, maar de fabricage ervan in de vorm van nanokristallen of nanofilms is duur, ", zegt Chertopalov. "Spontane oxidatie wordt nu aangetoond als een eenvoudige, goedkope methode om MXene-halfgeleider transparante nanocomposietfilms te fabriceren voor toepassingen in UV-fotodetectoren, fotoweerstanden, sensoren, en andere apparaten waarvan de elektrische weerstand reageert op UV-straling en verandert afhankelijk van de moleculen die in de omgeving aanwezig zijn."

"Bij blootstelling aan omgevingslucht, met zuurstof en atmosferische waterdamp, de spontane oxidatie van de op titanium gebaseerde MXenen zorgt ervoor dat titaniumoxide wordt gevormd op het oppervlak van MXene. Het verschil dat ons onderzoek naar voren brengt, is dat we ontdekten dat deze gedeeltelijk geoxideerde dunne films significant reageerden op UV-licht, en hun fotorespons hangt sterk af van de atmosfeer waaraan ze worden blootgesteld. Deze bevinding opent de deur voor veel nieuwe toepassingen van MXenes, " concludeert Mochalin.

Sinds de ontdekking van MXenes in 2011 Mochalin heeft uitgebreid onderzoek gedaan naar de materialen, vooral hun chemische en fysische eigenschappen. Naast MXenes en andere 2D-materialen, Mochalin werkt ook met nanodiamanten in interdisciplinaire instellingen bij Missouri S&T en werkt uitgebreid samen met internationale onderzoekers en bedrijven die actief onderzoek en ontwikkeling van MXenes nastreven.

Mochalin en Chertopalov zijn van plan om de papieren resultaten van juni te presenteren tijdens de komende scheikunde, nanotechnologie, en materiaalconferenties. Hun onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door een startsubsidie ​​van de Missouri University of Science and Technology.