MXenes reaktivitet mot vatten visas i detta experiment där en Ti-karbid MXene överlever längre i en syremättad, icke-vattenhaltigt system, i motsats till samma MXene dispergerad i argon-mättat vatten. Kredit:Shuohan Huang.
Forskare vid Missouri S&T har upptäckt att tvådimensionella (2-D) titankarbidmaterial, eller MXenes, kan reagera med vatten utan andra oxidationsmedel inblandade. Deras upptäckt kan leda till nya insikter om MXenes ovanliga kemi och följaktligen få effekter på MXenes lagrings- och enhetstillverkning.
MXenes är en av de största familjerna av 2D-material. De är några få atomtjocka plåtar med strukturer av övergångsmetallkarbider och nitrider och med distinkta egenskaper som hög elektrisk ledningsförmåga kombinerat med deras förmåga att spridas i vatten.
Forskare är entusiastiska över deras potentiella användning i energilagrings- och skördapplikationer som batterier, superkondensatorer och triboelektriska nanogeneratorer, som omvandlar bortkastad friktionsenergi till elektricitet, enligt Dr Vadym Mochalin, docent i kemi vid Missouri S&T.
"MXenes reaktivitet mot vatten som vi har visat förändrar inte bara den vanliga uppfattningen om motståndskraften hos titankarbid mot hydrolys under omgivande förhållanden, men påpekar också de slående skillnaderna i kemiska egenskaper mellan bulk- och 2-D-former av samma material, säger Mochalin.
Mochalin och huvudförfattaren Shuohan Huang, en doktorand i kemi som arbetar i Mochalins forskargrupp vid Missouri S&T, diskutera sina resultat i "Hydrolysis of 2-D Transition–Metal Carbides (MXenes) in Colloidal Solutions, " en artikel publicerad i dag i tidskriften American Chemical Society Oorganisk kemi .
"Våra nya rön är viktiga eftersom vi nu vet att det är vattnet i sig snarare än syre som MXener behöver skyddas från under tillverkning och lagring, säger Huang.
För att komma fram till deras slutsats "enbart vatten", Huang och Mochalin testade systematiskt hydrolysen och den kemiska stabiliteten av MXenes Ti3C2Tx och Ti2CTx i vatten och icke-vattenhaltiga kolloidala lösningar exponerade för syre- och/eller inertgasmiljöer i olika kombinationer, som exemplet
visas i bilden.
"Det verkar som att i deras 2D-tillstånd, övergångsmetallkarbider är ganska reaktiva, " säger Mochalin. "Med vårt resultat, vi ser fram emot uppföljande studier av deras rika kemi i reaktioner med vatten och andra molekyler, inklusive organiska föreningar, samt studier av MXenes möjliga katalytiska egenskaper."
