Mxene: un nuovo approccio di sviluppo per una vasta gamma di nuovi materiali

Mxene è una classe di composti inorganici bidimensionali nella scienza dei materiali. Questi materiali sono costituiti da carburi in metallo di transizione, nitruri o nitruri di carbonio spesso diversi strati atomici. È apparso per la prima volta nel 2011 perché i materiali mxene hanno la conduttività metallica dei carburi di metallo di transizione a causa del gruppo idrossilico o dell'ossigeno terminale sulla loro superficie. È ampiamente utilizzato in supercondensatori, batterie, schermate di interferenza elettromagnetica e materiali compositi. Ad esempio, a differenza delle batterie convenzionali, il materiale fornisce più canali per il movimento degli ioni, aumentando notevolmente la velocità del movimento ionico.

Gli scienziati hanno sviluppato materiali mxene che sintetizzano i substrati dalla fase massima corrispondente, di solito incredando selettivamente il gruppo principale un elemento, in cui m rappresenta il metallo di transizione, x rappresenta carbonio o azoto e l'elemento del gruppo principale può includere alluminio, gallio, silicio e altri elementi. I ricercatori in genere eseguono incisioni in una soluzione acquosa di fluoruro di idrogeno (HF) per fare in modo che il mxene abbia una miscela di gruppi funzionali di fluoruro, ossigeno e idrossido.

A differenza delle superfici di altri materiali bidimensionali, come grafene e dihalidi di carbonio transitorio, anche i gruppi funzionali possono essere modificati chimicamente. Precedenti studi hanno dimostrato che la terminazione selettiva di mxene con diversi gruppi di superficie può portare a eccellenti proprietà, tra cui funzioni di lavoro sintonizzabili e ferromagnetismo bidimensionale. La funzionalizzazione covalente dei substrati porterà alla scoperta di nuove direzioni per la progettazione razionale di materiali funzionali bidimensionali.

I gruppi funzionali di superficie nei carburi in metallo di transizione bidimensionale possono sottoporsi a una varietà di trasformazioni chimiche per facilitare l'uso di una vasta gamma di materiali mxene. Un team di ricerca di scienziati di chimica, fisica e nanomateriali dell'Università di Chicago e Argonne National Laboratory ha progettato e sviluppato un nuovo percorso per la sintesi di mxene. Installano e rimuovono i gruppi di superficie attraverso la sostituzione e le reazioni di eliminazione nei sali inorganici fusi. Il team ha sintetizzato con successo mxene con estremità superficiali di ossigeno, imide, zolfo, cloro, selenio, bromo e telluum con proprietà strutturali ed elettroniche uniche e questi gruppi di superficie possono anche controllare la distanza interatomica nel reticolo di mxene gruppi.