Credito:Wiley
La conduttività metallica e l'idrofilia dei MXene li hanno stabiliti come elettrodi nelle batterie ricaricabili e nei supercondensatori, così come altre applicazioni, compresa la terapia fototermica del cancro, schermatura elettromagnetica, purificazione dell'acqua e rilevamento del gas. Nel diario Angewandte Chemie , i ricercatori hanno ora introdotto un nuovo metodo di produzione. Invece di usare il convenzionale, ancora più costoso, carburo di alluminio di titanio, incidono selettivamente il silicio dal carburo di silicio di titanio, un precursore più economico e più comune, sintetizzare il carburo di titanio.
Materiali bidimensionali, costituito da strati estremamente sottili dello spessore di pochi atomi, hanno proprietà uniche completamente diverse dalle normali versioni tridimensionali. Un esempio importante di questo è il grafene, che è costituito da singoli strati di atomi di carbonio. Nel 2011, una nuova classe di materiali bidimensionali è stata sintetizzata presso la Drexel University di Philadelphia (Pennsylvania, STATI UNITI D'AMERICA). Conosciuto come MXenes, i materiali sono costituiti da carburi e nitruri di metalli di transizione, dove la M sta per un metallo di transizione, come il titanio, vanadio, o molibdeno, X può essere carbonio e/o azoto, e molte composizioni sono disponibili (circa 30 sono già state dimostrate sperimentalmente e altre dozzine sono previste). Uno di questi MXene è il carburo di titanio, Ti 3 C 2 .
Ottenere il MXene desiderato di solito comporta un processo indiretto:carburi e nitruri stratificati, note come fasi MAX, sono selettivamente incisi con acido fluoridrico per rimuovere gli strati dell'elemento "A", che è un elemento del gruppo 13 o 14 come l'alluminio, silicio, o germanio. In questo modo, il carburo di titanio può essere ottenuto incidendo l'alluminio dal carburo di titanio e alluminio (Ti 3 AlC 2 ). Però, questo materiale di partenza è costoso, e la produzione è complessa. In contrasto, l'analogo del silicio, titanio carburo di silicio (Ti 3 SiC 2 ), è disponibile in commercio e meno costoso. Ti 3 SiC 2 è stata la prima fase MAX che i ricercatori Drexel hanno provato a incidere selettivamente nel 2011, ma la sintesi fallì usando solo acido fluoridrico perché gli atomi di silicio sono fortemente legati agli atomi di metallo di transizione adiacenti.
Un team guidato da Yury Gogotsi della Drexel University ha ora sviluppato una variante di successo di questo processo. Aggiungendo un agente ossidante, i ricercatori potrebbero indebolire i legami di silicio e ossidare il silicio. Utilizzando miscele di acido fluoridrico e un agente ossidante come l'acido nitrico, perossido di idrogeno, o permanganato di potassio, il team ha prodotto MXene in carburo di titanio rimuovendo selettivamente il silicio dal Ti 3 SiC 2 .
Il processo di incisione lascia pile di carburo di titanio, che può essere delaminato per fare fiocchi, che hanno uno spessore di circa 1 nanometro. I ricercatori hanno utilizzato questo metodo per rendere flessibili, pellicole elettricamente conduttrici di carburo di titanio su scala relativamente ampia.
Questo nuovo metodo potrebbe rendere più facile la produzione di MXenes, e percorsi aperti alla produzione di nuovi MXeni e relativi materiali bidimensionali da precursori contenenti silicio, ampliando la famiglia di nanofogli 2-D a disposizione di scienziati e ingegneri.
