Mxene: un nou enfocament de desenvolupament per a una àmplia gamma de nous materials

Mxene és una classe de compostos inorgànics bidimensionals en ciències de materials. Aquests materials consisteixen en carburs metàl·lics de transició, nitrurs o nitrurs de carboni diverses capes atòmiques de gruix. Va aparèixer per primera vegada el 2011 perquè els materials de mxene tenen la conductivitat metàl·lica dels carburs metàl·lics de transició a causa del grup hidroxil o oxigen terminal a la seva superfície. S'utilitza àmpliament en supercapacitors, bateries, blindatge d'interferències electromagnètiques i materials compostos. Per exemple, a diferència de les bateries convencionals, el material proporciona més canals per al moviment dels ions, augmentant molt la velocitat del moviment iònic.

Els científics han desenvolupat materials mxene que sintetitzen els substrats de la fase màxima corresponent, normalment gravant selectivament el grup principal A, on m representa el metall de transició, x representa carboni o nitrogen, i el grup principal pot incloure alumini, gali, silici, silici , i altres elements. Els investigadors solen gravar en una solució aquosa de fluorur d’hidrogen (HF) per fer que el mxene tingui una barreja de fluor, oxigen i grups funcionals d’hidròxid.

A diferència de les superfícies d’altres materials bidimensionals, com el grafè i els dihalides de carboni de transició, els grups funcionals també es poden modificar químicament. Estudis anteriors han demostrat que la terminació selectiva de mxene amb diferents grups superficials pot conduir a excel·lents propietats, incloent funcions de treball ajustables i ferromagnetisme bidimensional. La funcionalització covalent dels substrats comportarà el descobriment de noves direccions per al disseny racional de materials funcionals bidimensionals.

Els grups funcionals superficials en els carburs metàl·lics de transició bidimensionals poden experimentar una varietat de transformacions químiques per facilitar l’ús d’una àmplia gamma de materials Mxene. Un equip de recerca de química, física i nanomaterials científics de la Universitat de Chicago i Argonne National Laboratory ha dissenyat i desenvolupat una nova via per a la síntesi de mxene. Instal·len i eliminen grups de superfície mitjançant reaccions de substitució i eliminació en sals inorgàniques fos. L’equip va sintetitzar amb èxit el mxene amb extrems superficials d’oxigen, imide, sofre, clor, seleni, brom i teluri amb propietats estructurals i electròniques úniques, i aquests grups de superfície també poden controlar la distància interatòmica a la gresca mxene per mostrar superconductivitat depenent de la superfície grups.