In un lavoro che potrebbe aprire una porta di future applicazioni per una nuova classe di nanomateriali noti come MXenes (pronunciato "Maxines"), ricercatori della Texas A&M University hanno scoperto un semplice, modo economico per prevenire il rapido degrado dei materiali.

I nanosheet MXene bidimensionali sono promettenti in applicazioni che vanno dall'accumulo di energia alla purificazione dell'acqua. Però, I MXene hanno un tallone d'Achille:si degradano rapidamente se tenuti all'aperto.

Secondo il team di Texas A&M, la soluzione a questo problema consiste nell'esporre gli MXeni a qualsiasi cosa in una famiglia di composti meglio rappresentata da un integratore alimentare naturale come la vitamina C.

"Con questi risultati, gli MXene stabili a scaffale diventano possibili e i materiali a base di MXene di livello tecnico possono diventare una realtà pratica, " hanno scritto i ricercatori in un articolo per il prossimo numero della rivista online Questione .

Proprietà interessanti

Scoperto nel 2011 da un team della Drexel University, I MXeni sono fogli di materiali spessi solo pochi atomi che sono per lo più composti da strati di metalli come il titanio intercalati da carbonio e/o azoto.

A causa del loro nanospessore e della varietà di elementi di cui possono essere composti (altri nanomateriali come il grafene contengono solo carbonio), "questi materiali tendono ad avere proprietà davvero interessanti, come l'elevata conduttività elettrica e l'elevata attività catalitica, " ha detto il dottor Micah Green, un professore associato che ha guidato il lavoro e ha incarichi congiunti presso il dipartimento di ingegneria chimica Artie McFerrin e il dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali presso il Texas A&M.

In conseguenza di tali proprietà, MXenes ha generato un grande interesse ed entusiasmo nella comunità di ricerca con potenziali applicazioni in tutto, dalle batterie ai sensori elettronici.

"Ma c'è stato un problema in agguato sullo sfondo, " disse Green. Gli MXenes si degradano, o ossidare, rapidamente. "Si sfaldano e smettono di essere nanofogli. Questo accade nel giro di pochi giorni."

Sebbene altri ricercatori abbiano scoperto che tecniche come l'essiccazione o il congelamento degli MXenes possono ritardare la loro degradazione, "Non dureranno ancora per anni, " ha detto. "E nessuno vuole un materiale che non ha una lunga durata."

Texas A&M ha affrontato il problema attraverso un team interdisciplinare di esperti in nanomateriali, ceramiche e polimeri.

Gli altri docenti coinvolti nel lavoro sono il dott. Miladin Radovic, professore presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, e la dottoressa Jodie Lutkenhaus, professore associato presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali e il Dipartimento di Ingegneria Chimica.

Verso una soluzione

Il team ha infine scoperto che l'esposizione di un tipico MXene a una soluzione di L-ascorbato di sodio ha impedito la degradazione del nanofoglio. Più, diversi composti correlati, compresa la vitamina C, anche lavorato. Secondo Verde, l'effetto dura. Ha anche notato che il team ha fatto la scoperta circa un anno fa e che i MXene trattati sono ancora stabili.

Per approfondire il fenomeno che porta al miglioramento della stabilità, il team ha completato simulazioni di dinamica molecolare delle interazioni tra i MXeni e gli antiossidanti. Hanno scoperto che le molecole di ascorbato sembrano associarsi al nanosheet di MXene, impedendogli di interagire con le molecole d'acqua e, di conseguenza, proteggendolo dall'ossidazione.

Il team è entusiasta perché il loro "metodo sembra funzionare con una varietà di diversi MXene, " disse Green Questione il documento si concentra sul MXene più comune (Ti3C2Tx), ma altri tipi di MXene sono ancora più instabili. Tanto che "la gente ha dubitato che quei materiali potessero mai trovare applicazioni. Con questa tecnica, che potrebbe cambiare." I ricercatori stanno attualmente esplorando la stabilità di questi MXene aggiuntivi utilizzando lo stesso approccio.

"La nostra speranza è che tutti coloro che lavorano su MXenes, comprese le persone nell'industria, useranno la nostra tecnica per proteggere i loro materiali, " disse Verde.