Per primera vegada, els investigadors han reduït la cinètica de l’oxidació de mxenes a escala atòmica

Títol de la font: Investigadors per primera vegada a partir de la reducció de l'escala atòmica de la cinètica d'oxidació de mxenes

Recentment, l’equip del professor associat Meng Xing, laboratori clau de la nova física de la bateria i la tecnologia del Ministeri d’Educació, College of Physics, Universitat Jilin, ha avançat important en el càlcul teòric del comportament d’oxidació dels carburs de metalls de transició bidimensionals /nitrurs/nitrurs de carboni (mxenes) i els resultats rellevants es van publicar en línia a la química aplicada alemanya el 14 de juny de 2023.

A causa de la seva alta conductivitat i grups funcionals de superfície rics, Mxenes s'utilitza àmpliament en energia, dispositius electrònics, biomedicina i altres camps. No obstant això, Mxenes es degrada fàcilment en òxids metàl·lics de transició en ambients humits o solucions aquoses, cosa que limita la seva aplicació en diversos camps. Per tant, com sintetitzar els materials de Mxenes amb alta estabilitat química és un problema científic clau que cal resoldre amb urgència.

En l'estudi, l'equip de recerca de Meng va realitzar un estudi de càlcul teòric en profunditat sobre el comportament d'oxidació del sistema super-gran Mxenes-Water. Combinant l’aprenentatge automàtic amb els càlculs de primers principis, els investigadors van aconseguir simulacions de dinàmica molecular nanosegona amb precisió DFT i, per primera vegada experimentalment. Es va dilucidar el mecanisme d’oxidació dels mxenes en un entorn humit o solució aquosa.

Els investigadors van desenvolupar una funció potencial de xarxa neuronal per al sistema Mxenes-Water, que funciona bé en el conjunt de proves, amb errors quadrats de mitjana arrel de 2,35 MeV/ àtom per a energia i 0,083EV/ A per a la força en comparació amb els càlculs DFT. La simulació MD basada en la funció potencial és altament coherent amb la simulació AIMD en la funció de distribució radial i la prova de propietat dinàmica de densitat. Els resultats de la simulació MD del sistema Mxenes-Water mostren que com més gruixuda sigui la capa d’aigua, més enllaços d’hidrogen més verticals per unitat de molècules d’aigua, més limitat és el moviment de les molècules d’aigua a la superfície base de Mxenes, donant lloc a un augment de la distància mitjana Entre els àtoms de metall de transició i els àtoms d’oxigen a l’aigua i la taxa d’oxidació de Mxenes disminueix amb l’augment del gruix de la capa d’aigua. Al mateix temps, l’oxidació de Mxenes alliberarà protons lliures, que formarà un protó hidratat típic amb aigua, unint així el moviment de molècules d’aigua, fent que la taxa d’oxidació de mxenes disminueixi amb l’augment del temps. La distància mitjana entre diferents tipus d’àtoms metàl·lics de transició i àtoms d’oxigen a l’aigua, així com la probabilitat d’adsorció física de molècules d’aigua a la superfície base de Mxenes, demostren l’existència d’una capa protectora d’òxid a la superfície de Mxenes.

Aquestes troballes importants proporcionen orientació teòrica per a la síntesi de materials mxenes altament estables.