Forskare vid Missouri S&T har upptäckt ett nytt sätt att utnyttja potentialen hos en typ av spontant oxiderade MXene -tunna filmer, att skapa nanokompositer som kan känna både ljus och miljö. Tidigare, sådan spontan oxidation ansågs vara skadlig eftersom den försämrar MXene -strukturen. Forskningen publiceras i juni 2018 -numret av ACS Nano , en av Google Scholar högst rankade, peer-reviewed vetenskapliga tidskrifter.

"Nu har vi visat den partiella spontana oxidationen av MXenes till titanoxid som är integrerad med MXene -flingorna, kan utnyttjas för att billigt tillverka användbara MXene-titania nanokompositer, "säger doktor Vadym Mochalin, docent i kemi vid Missouri University of Science and Technology och huvudutredare av forskningen.

"Med den exponentiella ökningen av MXenes forskning under de senaste åren, konceptuella upptäckter blir allt vanligare, "säger Mochalin." Parallellt, forskare fördjupar sig djupare i MXenes grundläggande egenskaper, särskilt, den komplicerade kemin hos dessa material. "

MXener är tvådimensionella oorganiska föreningar som består av några atomtjocka lager av metallkarbider och nitrider som har hög elektrisk konduktivitet tillsammans med hydrofilicitet, olinjära optiska och avstämbara elektroniska egenskaper. Som metalliska ledare, de bör inte producera en fotoström i materialet när de utsätts för ljus, liksom typiska halvledare som kisel.

Dock, i deras juni -tidning, "Miljökänsligt fotorespons av spontant delvis oxiderade Ti3C2 MXene tunna filmer" medförfattare av Mochalin och Dr Sergii Chertopalov, en postdoktoral forskare i Mochalins grupp, författarna mätte en fotoström genom proverna när de delvis oxiderade tunna Ti3C2 MXene -filmerna bestrålades med ultraviolett (UV) ljus.

"Materialforskare känner till titanoxid som ett fotoresponsivt halvledarmaterial för många tillämpningar - inklusive fotokatalys, miljöåterställning och avkänning - men tillverkningen i form av nanokristaller eller nanofilmer är dyr, "säger Chertopalov." Spontan oxidation demonstreras nu som en enkel, billig metod för att tillverka MXene-halvledar transparenta nanokompositfilmer för applikationer i UV-fotodetektorer, fotoresistorer, sensorer, och andra enheter vars elektriska resistivitet reagerar på UV -strålning och ändras beroende på molekylerna i miljön. "

"När den utsätts för en omgivande luft, som innehåller syre och atmosfärisk vattenånga, den spontana oxidationen av de titanbaserade MXenerna får titanoxid att bildas på ytan av MXene. Skillnaden vår forskning visar, är att vi upptäckte att dessa delvis oxiderade tunna filmer reagerade signifikant på UV -ljus, och deras fotorespons beror starkt på atmosfären de utsätts för. Detta fynd öppnar dörren för många nya tillämpningar av MXenes, "avslutar Mochalin.

Sedan upptäckten av MXenes 2011 har Mochalin har utförligt undersökt materialen, särskilt deras kemiska och fysikaliska egenskaper. Förutom MXenes och andra 2-D-material, Mochalin arbetar också med nanodiamanter i tvärvetenskapliga miljöer vid Missouri S&T och samarbetar i stor utsträckning med internationella forskare och företag som aktivt bedriver forskning och utveckling av MXenes.

Mochalin och Chertopalov planerar att presentera resultaten från juni vid kommande kemi, nanoteknik, och materialkonferenser. Deras forskning finansierades delvis av ett startbidrag från Missouri University of Science and Technology.