CEST-forskare har avslöjat nya insikter/resultat om ytfunktionalisering av material som används i ett brett spektrum av applikationer, som energilagring, biokemi, avkänning, och energiproduktion

I deras senaste publikation, forskare från CEST-gruppen har genomfört en beräkningsstudie om ytsammansättningen av flera material av MXene-typ. Forskarna utforskade olika ytkemi och dess förändringar bidragit med olika övergångsmetaller, samt ett annat antal atomlager. MXenes hittar applikation i batterier, superkondensatorer, elektromagnetisk skärmning och ytsensorer.

MXener är tvådimensionella (2D) övergångsmetallkarbider och nitrider som tillhör en stor klass av 2D-material med extraordinära elektroniska, optisk, mekanisk, termisk, och katalytiska egenskaper. Dessa material har den allmänna sammansättningen M_(n+1)X_n, där M är en övergångsmetall och X en kol- eller kväveatom, med n motsvarande atomtjocklek. En nyckelfunktion hos MXenes är att deras ytegenskaper kan ändras genom att kontrollera sammansättningen av funktionella grupper som -O, -F, och -OH. Även om en mängd olika MXene-materialegenskaper tillskrivs deras ytsammansättning och därmed funktionalisering, den faktiska strukturen, sammansättningen och funktionaliteten hos dessa ytor förblir ofta okända i verkligheten.

I deras nuvarande studie, Rina Ibragimova och medarbetare tillämpade ett flerskaligt beräkningsschema som resulterade i en realistisk fördelning av organiska molekyler på ytan av flera MXener. Dessutom, denna modell kunde visa trender i fördelningen och sammansättningen av ytfunktionella grupper. Forskarna fann att fördelningen av dessa funktionella grupper verkar vara i stort sett oberoende av typen av metall, kol, eller kväve som används i materialet, samt från antalet atomlager. Istället, gruppen visar för första gången att fördelningen av dessa adsorbanter styrs av den elektrostatiska naturen av interaktioner mellan molekylerna, och mindre genom kemiska interaktioner inom det inre av MXene-skikten. Ibragimova demonstrerade också framgångsrikt bildandet av blandade funktionella grupper på ytan och utforskade en rad jämviktskompositioner lämpliga för en rad experimentella förhållanden (pH, potential, och temperatur).

Genom att göra så, forskarna uppnådde en gedigen förståelse för MXene-ytfunktionalisering, inklusive hur denna yta kan modifieras under kontrollerade experimentella förhållanden och hur detta i sin tur påverkar elektroniska och andra egenskaper. Dessa resultat gör det nu möjligt för experimentalister att bättre uppskatta sammansättningen av funktionella grupper under vissa syntesförhållanden och anpassa dessa efter deras behov.

Ibragimova vill nu utforska andra aspekter av ytdesignen av MXenes. Det kommer att inkludera studier av bildningen av naturliga defekter i dessa material och deras samband med ytfunktionaliseringen.

Artikeln är publicerad i The Journal of Physical Chemistry Letters