Ett nytt fynd om den grundläggande kemin i tvådimensionella material som heter MXenes kommer att förändra hur forskare arbetar med dem, och öppna upp nya applikationsområden, enligt forskare vid Missouri S&T.

MXenes är keramik som utgör en av de största familjerna av ledande 2D-material. Deras konduktivitet gör dem till kandidater för användning i energilagring, avkänning, och optoelektronik. Enligt den nanovetenskapliga informationsportalen Nanowerk, Det som gör MXenes så intressant är att materialen kan tänkas bestå av vilket som helst av miljontals möjliga arrangemang av övergångsmetaller (som molybden eller titan), kol och kväve.

Av dessa otaliga möjliga arrangemang, endast ett par dussin har syntetiserats hittills. Detta beror till stor del på att antalet syntetiska metoder för MXenes begränsas av bristande förståelse för materialens kemiska egenskaper, säger Dr Vadym Mochalin, docent i kemi vid Missouri S&T.

Mochalin och Shuohan Huang, en kemidoktorand i Mochalins grupp vid Missouri S&T, är de första att dokumentera de gasformiga produkterna från MXenes reaktioner i vattenhaltiga miljöer.

"Våra experimentella fynd öppnar ett nytt område inom kemi av 2-D övergångsmetallkarbider och karbonitrider, "säger Mochalin." Genom att visa hur signifikant olika kemin hos MXenes kan jämföras med deras bulkanaloger, vi tillhandahåller viktig information till forskare som nu kommer att designa sin MXene-syntes, lagrings- och bearbetningsstrategier annorlunda. "

Mochalin säger att kunskap om hur MXener interagerar med vatten är en av dess grundläggande kemiska egenskaper. Det är viktigt att förstå i applikationer, speciellt vid katalys och avkänning där materialen kommer att utsättas för miljöexponering, han lägger till.

"Läroböcker i oorganisk kemi lär ut att övergångsmetallkarbider kan upprätthålla exponering för vatten, liksom vattenhaltiga syror eller baser, utan en reaktion i omgivande förhållanden och är i allmänhet bra exempel på kemiskt stabila material - som fortfarande gäller för bulkkarbider, " säger Huang. "Men sedan MXenes blev tillgängliga 2011, forskare har tillämpat samma hypotes på 2D-formerna av dessa karbider, som vi nu vet inte längre är sant."

Forskarna använde Raman-spektroskopi och gaskromatografi för första gången för att analysera sammansättningen av gaser som utvecklats i MXene-reaktioner med vatten. Deras resultat publiceras i tidskriften ACS Nano i en artikel med titeln "Understanding Chemistry of Two-Dimensional Transition Metal Carbides and Carbonitrides (MXenes) with Gas Analysis."