I ricercatori del Missouri S&T hanno scoperto un nuovo modo per sfruttare il potenziale di un tipo di film sottili di MXene ossidati spontaneamente, per creare nanocompositi in grado di rilevare sia la luce che l'ambiente. In precedenza, tale ossidazione spontanea è stata considerata dannosa perché degrada la struttura del MXene. La ricerca è pubblicata nel numero di giugno 2018 di ACS Nano , uno dei più votati di Google Scholar, riviste scientifiche sottoposte a revisione paritaria.

"Ora abbiamo dimostrato che l'ossidazione spontanea parziale di MXene in ossido di titanio è integrata con i fiocchi di MXene, può essere sfruttato per produrre a buon mercato utili nanocompositi MXene-titania, "dice il dottor Vadym Mochalin, professore associato di chimica presso la Missouri University of Science and Technology e investigatore principale della ricerca.

"Con l'aumento esponenziale della ricerca di MXenes negli ultimi anni, scoperte concettuali stanno diventando meno frequenti, " dice Mochalin. "In parallelo, i ricercatori approfondiscono le proprietà fondamentali di MXenes, in particolare, la complicata chimica di questi materiali."

I MXeni sono composti inorganici bidimensionali costituiti da pochi strati spessi atomi di carburi metallici e nitruri che possiedono un'elevata conduttività elettrica insieme all'idrofilia, proprietà ottiche ed elettroniche sintonizzabili non lineari. Come conduttori metallici, non dovrebbero produrre una fotocorrente all'interno del materiale se esposti alla luce, così come i semiconduttori tipici come il silicio.

Però, nel loro giornale di giugno, "Fotorisposta sensibile all'ambiente di film sottili di Ti3C2 MXene parzialmente ossidati spontaneamente" co-autore di Mochalin e Dr. Sergii Chertopalov, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Mochalin, gli autori hanno misurato una fotocorrente attraverso i campioni quando i film sottili di Ti3C2 MXene parzialmente ossidati sono stati irradiati con luce ultravioletta (UV).

"Gli scienziati dei materiali conoscono l'ossido di titanio come materiale semiconduttore fotoreattivo per molte applicazioni, tra cui la fotocatalisi, bonifica e rilevamento dell'ambiente, ma la sua fabbricazione sotto forma di nanocristalli o nanofilm è costosa, " dice Chertopalov. "L'ossidazione spontanea è ora dimostrata come un semplice, metodo economico per fabbricare film nanocompositi trasparenti a semiconduttore MXene per applicazioni in fotorivelatori UV, fotoresistenze, sensori, e altri dispositivi la cui resistività elettrica è sensibile alle radiazioni UV e cambia a seconda delle molecole presenti nell'ambiente."

"Quando esposto all'aria ambiente, contenente ossigeno e vapore acqueo atmosferico, l'ossidazione spontanea dei MXene a base di titanio provoca la formazione di ossido di titanio sulla superficie di MXene. La differenza che la nostra ricerca mostra, è che abbiamo scoperto che questi film sottili parzialmente ossidati hanno risposto in modo significativo alla luce UV, e la loro fotorisposta dipende fortemente dall'atmosfera a cui sono esposti. Questa scoperta apre le porte a molte nuove applicazioni di MXenes, " conclude Mochalin.

Dalla scoperta di MXenes nel 2011, Mochalin ha studiato a fondo i materiali, soprattutto le loro proprietà chimiche e fisiche. Oltre a MXenes e altri materiali 2-D, Mochalin lavora anche con i nanodiamanti in contesti interdisciplinari presso Missouri S&T e collabora ampiamente con ricercatori e aziende internazionali che perseguono attivamente la ricerca e lo sviluppo di MXenes.

Mochalin e Chertopalov hanno in programma di presentare i risultati del documento di giugno alla prossima chimica, nanotecnologia, e conferenze sui materiali. La loro ricerca è stata parzialmente finanziata da una sovvenzione iniziale della Missouri University of Science and Technology.