Metallisk konduktivitet och hydrofilicitet hos MXenes har etablerat dem som elektroder i laddningsbara batterier och superkondensatorer, såväl som andra applikationer, inklusive fototermisk cancerterapi, elektromagnetisk skärmning, vattenrening och gasavkänning. I journalen Angewandte Chemie , forskare har nu introducerat en ny produktionsmetod. Istället för att använda konventionella, ännu dyrare, titan aluminiumkarbid, de etsar selektivt kisel ur titankiselkarbid, en billigare och vanligare föregångare, för att syntetisera titankarbid.

Tvådimensionella material, som består av extremt tunna lager som är några atomer tjocka, har unika egenskaper som är helt annorlunda än de vanliga tredimensionella versionerna. Ett framträdande exempel på detta är grafen, som är gjord av enkla lager av kolatomer. Under 2011, en ny klass av tvådimensionella material syntetiserades vid Drexel University i Philadelphia (Pennsylvania, USA). Känd som MXenes, materialen är gjorda av övergångsmetallkarbider och nitrider, där M står för en övergångsmetall, som titan, vanadin, eller molybden, X kan vara kol och/eller kväve, och många kompositioner är tillgängliga (cirka 30 har redan demonstrerats experimentellt och dussintals fler förväntas). En sådan MXene är titankarbid, Ti ₃ C ₂ .

Att erhålla den önskade MXene involverar vanligtvis en rondellprocess:skiktade karbider och nitrider, känd som MAX -faser, etsas selektivt med fluorvätesyra för att avlägsna skikten av "A"-elementet, som är ett grupp 13 eller 14 element såsom aluminium, kisel, eller germanium. På det här sättet, titankarbid kan erhållas genom att etsa aluminium ur titan aluminiumkarbid (Ti ₃ AlC ₂ ). Dock, detta utgångsmaterial är dyrt, och produktionen är komplex. I kontrast, kiselanalogen, titankiselkarbid (Ti ₃ Sic ₂ ), är kommersiellt tillgänglig och billigare. Ti ₃ Sic ₂ var den första MAX-fasen Drexel-forskare försökte selektivt etsa 2011, men syntesen misslyckades med användning av fluorvätesyra enbart eftersom kiselatomerna är starkt bundna till de intilliggande övergångsmetallatomerna.

Ett team som leds av Yury Gogotsi vid Drexel University har nu utvecklat en framgångsrik variant av denna process. Genom att tillsätta ett oxidationsmedel, forskarna kunde försvaga kiselbindningarna och oxidera kisel. Använda blandningar av fluorvätesyra och ett oxidationsmedel som salpetersyra, Väteperoxid, eller kaliumpermanganat, teamet producerade titankarbid MXene genom att selektivt ta bort kisel ur Ti ₃ Sic ₂ .

Etsningsprocessen lämnar efter sig staplar av titankarbid, som kan delamineras för att göra flingor, som är cirka 1 nanometer i tjocklek. Forskarna använde denna metod för att göra flexibla, elektriskt ledande titankarbidfilmer i relativt stor skala.

Denna nya metod kan göra produktionen av MXenes enklare, och öppna vägar till produktion av nya MXener och relaterade tvådimensionella material från kiselinnehållande prekursorer, utöka familjen av 2-D nanoark som är tillgängliga för forskare och ingenjörer.