I ricercatori del CEST hanno scoperto nuovi approfondimenti/risultati sulla funzionalizzazione superficiale dei materiali utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, come l'accumulo di energia, biochimica, rilevamento, e produzione di energia

Nella loro ultima pubblicazione, i ricercatori del gruppo CEST hanno intrapreso uno studio computazionale sulla composizione superficiale di diversi materiali di tipo MXene. I ricercatori hanno esplorato la diversa chimica della superficie e i suoi cambiamenti forniti da vari metalli di transizione, così come un diverso numero di strati atomici. Gli MXene trovano applicazione nelle batterie, supercondensatori, schermatura elettromagnetica e sensori di superficie.

Gli MXene sono carburi e nitruri di metalli di transizione bidimensionali (2D) che appartengono a un'ampia classe di materiali 2D con straordinaria elettronica, ottico, meccanico, termico, e proprietà catalitiche. Questi materiali hanno la composizione generale M_(n+1)X_n, dove M è un metallo di transizione e X un atomo di carbonio o azoto, con n corrispondente allo spessore atomico. Una caratteristica chiave degli MXenes è che le loro proprietà superficiali possono essere alterate controllando la composizione di gruppi funzionali come -O, -F, e -OH. Sebbene una varietà di proprietà del materiale MXene sia attribuita alla loro composizione superficiale e quindi alla funzionalizzazione, la struttura vera e propria, composizione e funzionalità di queste superfici rimangono spesso sconosciute nella vita reale.

Nel loro studio attuale, Rina Ibragimova e collaboratori hanno applicato uno schema computazionale multiscala che ha portato a una distribuzione realistica di molecole organiche sulla superficie di diversi MXene. Inoltre, questo modello è stato in grado di dimostrare le tendenze nella distribuzione e nella composizione dei gruppi funzionali di superficie. I ricercatori hanno scoperto che la distribuzione di questi gruppi funzionali sembra essere largamente indipendente dal tipo di metallo, carbonio, o azoto utilizzato nel materiale, così come dal numero di strati atomici. Anziché, il gruppo mostra per la prima volta che la distribuzione di questi adsorbenti è governata dalla natura elettrostatica delle interazioni tra le molecole, e meno da interazioni chimiche all'interno degli strati MXene. Ibragimova ha anche dimostrato con successo la formazione di gruppi funzionali misti sulla superficie ed ha esplorato una gamma di composizioni di equilibrio adatte a una serie di condizioni sperimentali (pH, potenziale, e temperatura).

Così facendo, i ricercatori hanno raggiunto una solida comprensione della funzionalizzazione della superficie MXene, incluso come questa superficie può essere modificata in condizioni sperimentali controllate e come questo a sua volta influenza le proprietà elettroniche e di altro tipo. Questi risultati ora consentono agli sperimentatori di stimare meglio la composizione dei gruppi funzionali in determinate condizioni di sintesi e di adattarli di conseguenza alle loro esigenze.

Ibragimova ora vuole esplorare altri aspetti del design della superficie di MXenes. Ciò includerà studi sulla formazione di difetti nativi in ​​questi materiali e la loro relazione con la funzionalizzazione della superficie.

L'articolo è pubblicato su Il Journal of Physical Chemistry Letters