Een nieuwe bevinding over de fundamentele chemie van tweedimensionale materialen, MXenes genaamd, zal de manier veranderen waarop onderzoekers ermee werken, en nieuwe toepassingsgebieden ontsluiten, volgens onderzoekers van Missouri S&T.

MXenen zijn keramieken die deel uitmaken van een van de grootste families van 2D-geleidende materialen. Hun geleidbaarheid maakt ze geschikt voor gebruik in energieopslag, voelen, en opto-elektronica. Volgens het nanowetenschappelijke informatieportaal Nanowerk, wat MXenes zo interessant maakt, is dat de materialen mogelijk kunnen bestaan ​​uit miljoenen mogelijke arrangementen van overgangsmetalen (zoals molybdeen of titanium), koolstof en stikstof.

Uit deze talloze mogelijke regelingen, slechts enkele tientallen zijn tot nu toe gesynthetiseerd. Dit komt grotendeels omdat het aantal synthetische benaderingen van MXenes wordt beperkt door een gebrek aan begrip van de chemische eigenschappen van de materialen, zegt Dr. Vadym Mochalin, universitair hoofddocent scheikunde bij Missouri S&T.

Mochalin en Shuohan Huang, een doctoraalstudent scheikunde in de groep van Mochalin in Missouri S&T, zijn de eersten die de gasvormige producten van de reacties van MXenes in waterige omgevingen documenteren.

"Onze experimentele bevindingen openen een nieuw gebied van chemie van 2-D overgangsmetaalcarbiden en carbonitriden, " zegt Mochalin. "Door te laten zien hoe significant de chemie van MXenen kan worden vergeleken met hun bulkanalogen, we verstrekken essentiële informatie aan onderzoekers die nu hun MXene-synthese zullen ontwerpen, opslag- en verwerkingsstrategieën anders."

Mochalin zegt dat kennis over de interactie van MXenen met water een van de fundamentele chemische eigenschappen is. Het is belangrijk om in toepassingen te begrijpen, vooral bij katalyse en detectie waar de materialen milieublootstelling hebben, hij voegt toe.

"Anorganische scheikunde leerboeken leren dat overgangsmetaalcarbiden blootstelling aan water kunnen aanhouden, evenals waterige zuren of basen, zonder reactie in omgevingsomstandigheden en zijn over het algemeen goede voorbeelden van chemisch stabiele materialen - wat nog steeds geldt voor bulkcarbiden, " zegt Huang. "Maar sinds MXenes beschikbaar kwam in 2011, onderzoekers hebben dezelfde hypothese toegepast op de 2D-vormen van deze carbiden, waarvan we nu weten dat het niet meer waar is."

De onderzoekers gebruikten voor het eerst Raman-spectroscopie en gaschromatografie om de samenstelling van gassen te analyseren die ontstaan ​​in MXene-reacties met water. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano in een paper getiteld "Understanding Chemistry of Two-Dimensional Transition Metal Carbides and Carbonitrides (MXenes) with Gas Analysis."