• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Kemi
    En skvätt salt kan stärka MXene-supermaterial mot oxidation

    Genom att kombinera en vanlig livsmedels- och vattentillsats, folyfosfatsalter, med MXene -material, forskare på Drexel har upptäckt ett sätt att bromsa oxidationsprocessen när de utsätts för vatten. Kredit:Drexel University

    De kan lagra el bättre än nästan vilket material som helst på jorden, blockera ett angrepp av elektromagnetiska störningar, och sniffa upp det svagaste spåret av gifter i luften, men MXenes, det senaste supermaterialet som väntar, har problem med vatten. Som en kratta utelämnad i regnet, de oxiderar, och snabbt, vid förvaring eller blandning i vatten. Det är en konsekvensfråga, med tanke på några av de mest lovande applikationerna krävs att man kombinerar MXene -flingor i vatten för att göra saker som konduktivt bläck och spraybeläggningar. Ett genombrott, nyligen publicerad av forskare vid Drexel University i en tysk kemitidskrift, visar att ett vanligt mjukgörande tillsatsmedel kan hjälpa till att bevara flingorna i vatten, kan vara nyckeln till dess framtida livskraft.

    Dessa atomärt tunna, skiktade material, som upptäcktes vid Drexel 2011, att tacka sina exceptionella förmågor, till viss del, till deras ytkemi och fysikaliska struktur. Men källan till MXenes unika egenskaper är sannolikt också deras svaghet när det gäller oxidation, enligt forskningen publicerad av ett team av forskare från Drexel's College of Engineering.

    "Oxidation av MXenes har alltid varit ett problem, "enligt Varun Natu, en doktorandforskare vid kollegiet och en medförfattare till uppsatsen "Edge Capping of 2-D-MXene Sheets with Polyanionic Salts to Mitigate Oxidation in Aqueous Colloidal Suspensions, " som publicerades i tidskriften Angewandte Chemie . "De vanligaste titankarbid -MXenerna visar tecken på oxidation när de förvaras i någon vecka i vatten; andra kemikalier oxiderar inom några dagar."

    Syre är ett problem, inte bara för att det reagerar med MXenes – som det skulle göra med en rostig kratta – utan det förändrar också deras ytkemi och morfologi, vilket i slutändan minskar deras prestanda när det gäller uppgifter som att passera och lagra el.

    MXene-flingor oxiderar snabbt när de utsätts för vatten, vilket är ett problem eftersom många av deras tillämpningar innebär att denna blandning ska appliceras som en beläggning. Upphovsman:Drexel University

    Framstående professor Michel Barsoums grupp vid institutionen för materialvetenskap och teknik, som var en del av teamet som upptäckte MXenes och har undersökt deras applikationer, hade sökt ett sätt att förhindra MXenes från att oxidera i vatten i flera år. Dess genombrott kom efter att en relaterad upptäckt visade hur oxidation börjar vid kanterna på MXene-arken.

    Basoums team visade för några månader sedan, att medan MXenes lager har en negativ ytladdning, kanterna på arken har faktiskt en positiv laddning. Denna upptäckt, plus det faktum, etablerade i lerlitteraturen, att negativa enheter attraheras av kanterna på lerpartiklarna ledde till genombrottet.

    "När du löser polyfosfatsalter i vatten, de dissocierar i de långa negativt förändrade kedjorna av polyfosfater och positiva enheter eller katjoner. De förra lockas av de positiva MXene -kanterna, lock dem och stäng av, eller minska kraftigt, oxidationsprocessen. Det är enkel elektrostatik. När dessa kedjor väl sitter vid MXene-kanterna blockerar de den direkta kontakten av vatten och luft, vilket minskar oxidationshastigheten, sa Natu.

    Med hjälp av avancerade mikroskopitekniker som finns tillgängliga i labbet för medförfattaren Mitra Taheri, Ph.D., Professor vid högskolan, forskarna kunde visa att polyfosfatkedjorna verkligen lockades till de positiva kanterna. Och att täcka kanterna på skikten med en inert förening på detta sätt skyddar effektivt de reaktiva delarna av materialet från direkt kontakt med vatten och/eller syre, vilket väsentligt bromsar oxidationsprocessen.

    Att tillsätta polysulfatsalt till kanterna på MXene -flingor förhindrar att syre fäster och börjar oxidationsprocessen. Kredit:Drexel University

    Beväpnad med skyddande polyfosfatlock, MXene-flingor i studien varade mer än en månad i vatten exponerat för luft utan några tecken på oxidation.

    "Denna upptäckt gör äntligen långsiktig lagring av MXenes möjlig vilket kan göra dess industriella skala livskraftigt, ", sa Barsoum. "Innan vår upptäckt var de vanligaste metoderna som föreslagits, torka MXenerna och förvara dem i vakuum, lagring under argonatmosfärer, använda organiska lösningsmedel för att göra MXene-kolloider eller för att lagra under flytande kväve. Men alla dessa metoder är inte kostnadseffektiva, energieffektiv eller skalbar. Att göra polyfosfataddition till den bästa metoden för att förhindra oxidation hittills. "

    Barsoums grupp testade sin teori med tre olika salter på två olika MXene -kompositioner, visar att en mängd olika molekyler kan användas effektivt för att täcka flingorna. Medan Drexel -forskare redan har belyst möjligheten att använda MXenes för applikationer inom mobil teknik, energilagring, trådlös kommunikation, vattenfiltrering och hälsovård, detta arbete kan leda till framsteg inom yt- och kantteknik för MXenes för att optimera dem för dessa jobb och andra. Teamet undersöker också liknande metoder för att bevara MXenes i torkad form, vilket också skulle bredda möjligheterna för dess användning.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com