Una nuova scoperta sulla chimica fondamentale dei materiali bidimensionali chiamati MXenes cambierà il modo in cui i ricercatori lavorano con loro, e aprire nuove aree di applicazione, secondo i ricercatori del Missouri S&T.

Gli MXene sono ceramiche che costituiscono una delle più grandi famiglie di materiali conduttivi 2-D. La loro conduttività li rende candidati per l'uso nell'accumulo di energia, rilevamento, e optoelettronica. Secondo il portale di informazioni sulle nanoscienze Nanowerk, ciò che rende MXenes così interessante è che i materiali potrebbero concettualmente essere costituiti da una qualsiasi delle milioni di possibili disposizioni di metalli di transizione (come molibdeno o titanio), carbonio e azoto.

Di queste miriadi di possibili accordi, finora ne sono state sintetizzate solo poche decine. Ciò è in gran parte dovuto al fatto che il numero di approcci sintetici agli MXeni è limitato dalla mancanza di comprensione delle proprietà chimiche dei materiali, dice il dottor Vadym Mochalin, professore associato di chimica presso Missouri S&T.

Mochalin e Shuohan Huang, uno studente di dottorato in chimica nel gruppo di Mochalin alla Missouri S&T, sono i primi a documentare i prodotti gassosi delle reazioni di MXenes in ambienti acquosi.

"I nostri risultati sperimentali aprono una nuova area della chimica dei carburi e carbonitruri di metalli di transizione 2-D, ", afferma Mochalin. "Mostrando quanto sia significativamente diversa la chimica degli MXenes rispetto ai loro analoghi di massa, forniamo informazioni essenziali ai ricercatori che ora progetteranno la loro sintesi MXene, strategie di archiviazione ed elaborazione in modo diverso."

Mochalin afferma che la conoscenza di come i MXeni interagiscono con l'acqua è una delle sue proprietà chimiche fondamentali. È importante capire nelle applicazioni, specialmente nella catalisi e nel rilevamento in cui i materiali avranno esposizione ambientale, Aggiunge.

"I libri di testo di chimica inorganica insegnano che i carburi dei metalli di transizione possono sostenere l'esposizione all'acqua, così come acidi o basi acquose, senza una reazione in condizioni ambientali e sono generalmente buoni esempi di materiali chimicamente stabili, il che vale ancora per i carburi sfusi, " dice Huang. "Ma da quando MXenes è diventato disponibile nel 2011, i ricercatori hanno applicato la stessa ipotesi alle forme 2-D di questi carburi, che ora sappiamo non è più vero."

I ricercatori hanno utilizzato per la prima volta la spettroscopia Raman e la gascromatografia per analizzare la composizione dei gas sviluppati nelle reazioni MXene con l'acqua. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista ACS Nano in un articolo intitolato "Comprensione della chimica dei carburi e dei carbonitruri dei metalli di transizione bidimensionali (MXenes) con l'analisi dei gas".