Possono immagazzinare elettricità meglio di quasi tutti i materiali sulla Terra, bloccare un assalto di interferenze elettromagnetiche, e fiutare la più debole traccia di tossine nell'aria, ma MXenes, l'ultimo supermateriale in attesa, avere problemi con l'acqua. Come un rastrello lasciato fuori sotto la pioggia, si ossidano, e rapidamente, se conservati o mescolati in acqua. È una questione di conseguenze, considerando che alcune delle applicazioni più promettenti richiedono la combinazione di scaglie di MXene in acqua per realizzare cose come inchiostro conduttivo e rivestimenti spray. Una svolta, recentemente pubblicato dai ricercatori della Drexel University su una rivista di chimica tedesca, dimostrando che un comune additivo per addolcire l'acqua può aiutare a preservare i fiocchi in acqua, potrebbe essere la chiave per la sua futura redditività.

Questi atomicamente sottili, materiali stratificati, che sono stati scoperti a Drexel nel 2011, devono le loro eccezionali capacità, in parte, alla loro struttura chimica e fisica di superficie. Ma la fonte delle proprietà uniche di MXenes è probabilmente anche la loro debolezza quando si tratta di ossidazione, secondo la ricerca pubblicata da un team di ricercatori del College of Engineering di Drexel.

"L'ossidazione degli MXenes è sempre stata un problema, "secondo Varun Natu, un ricercatore di dottorato nel College e un coautore del documento "Edge Capping of 2-D-MXene Sheets with Polyanionic Salts to Mitigate Oxidation in Aqueous Colloidal Suspensions, " che è stato pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie . "I più comuni MXene di carburo di titanio mostrano segni di ossidazione se conservati per una settimana circa in acqua; altri prodotti chimici si ossidano in pochi giorni".

L'ossigeno è un problema, non solo perché reagisce con MXenes, come farebbe un rastrello arrugginito, ma cambia anche la loro chimica e morfologia superficiale, che alla fine riduce le loro prestazioni quando si tratta di compiti come il passaggio e l'immagazzinamento dell'elettricità.

Illustre gruppo del Professor Michel Barsoum nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, che faceva parte del team che ha scoperto MXenes e ha esplorato le loro applicazioni, aveva cercato un modo per prevenire l'ossidazione dei MXene in acqua da diversi anni. La sua svolta è arrivata dopo che una scoperta correlata ha mostrato come l'ossidazione inizia ai bordi dei fogli MXene.

Il team di Basoum ha mostrato alcuni mesi fa, che mentre gli strati di MXenes hanno una carica superficiale negativa, i bordi dei fogli hanno effettivamente una carica positiva. Questa scoperta, più il fatto, stabilito nella letteratura dell'argilla, che le entità negative sono attratte ai bordi delle particelle di argilla ha portato alla svolta.

"Quando si dissolvono i sali polifosfati in acqua, si dissociano nelle lunghe catene modificate negativamente di polifosfati ed entità positive o cationi. I primi sono attratti dai bordi positivi di MXene, coprili e spegnili, o ridurre notevolmente, il processo di ossidazione. È semplice elettrostatica. Una volta che queste catene si trovano ai bordi MXene, bloccano il contatto diretto di acqua e aria riducendo il tasso di ossidazione, " disse Natu.

Utilizzando tecniche di microscopia avanzate disponibili nel laboratorio del coautore Mitra Taheri, dottorato di ricerca, Professore al Collegio, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che le catene di polifosfati erano effettivamente attratte dai bordi positivi. E ricoprire i bordi degli strati con un composto inerte in questo modo scherma efficacemente le parti reattive del materiale dal contatto diretto con acqua e/o ossigeno, che rallenta notevolmente il processo di ossidazione.

Armati di cappucci protettivi in ​​polifosfato, I fiocchi di MXene nello studio sono durati più di un mese in acqua esposta all'aria senza alcun segno di ossidazione.

"Questa scoperta rende finalmente possibile lo stoccaggio a lungo termine di MXenes che può rendere praticabile la sua elaborazione su scala industriale, " ha detto Barsoum. "Prima della nostra scoperta i metodi più comuni proposti erano, essiccare i MXenes e conservarli sottovuoto, immagazzinando sotto atmosfere di Argon, utilizzando solventi organici per produrre colloidi MXene o da conservare sotto azoto liquido. Ma tutti questi metodi non sono convenienti, energeticamente efficiente o scalabile. Ad oggi, l'aggiunta di polifosfato è il metodo migliore per prevenire l'ossidazione."

Il gruppo di Barsoum ha testato la sua teoria con tre diversi sali su due diverse composizioni di MXene, dimostrando che una varietà di molecole può essere utilizzata efficacemente per tappare i fiocchi. Mentre i ricercatori Drexel hanno già illuminato la possibilità di utilizzare MXenes per applicazioni nella tecnologia mobile, stoccaggio di energia, comunicazone wireless, filtrazione dell'acqua e assistenza sanitaria, questo lavoro potrebbe portare a progressi nell'ingegneria delle superfici e dei bordi di MXenes per ottimizzarli per questi lavori e altri. Il team sta anche esaminando metodi simili per preservare gli MXenes in forma essiccata, che amplierebbe anche le possibilità di utilizzo.