09年2023月XNUMX日（Nanowerkスポットライト) 科学者たちは最近、原子の不規則な配列を導入することによって作成される新しい種類の非晶質ナノ材料を発見しました。 これらの材料は、触媒作用、エネルギー貯蔵、および機構において優れた性能を発揮します。 最近の Perspective の記事では、 先端材料 (「アモルファスMXeneが新たな展望を開く」)、科学者たちは、特定の種類の 2D 材料であるアモルファス MXenes の可能性とその潜在的な用途を調査しています。 アモルファス材料（長距離の秩序構造を持たない材料）は、興味深い物理的特性と機能を備えており、科学的発見の膨大な機会をもたらします。 まとまりのない 2Dマテリアル特に、それらは 2D 構造と原子の無秩序な配置の両方に由来する特性を備えているため、将来の先端技術にとって魅力的です。 これらの材料の例としては、アモルファスが挙げられます。 グラフェン, 遷移金属ジカルコゲニド、リン化ホウ素、および窒化ホウ素はすべて、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、エネルギー貯蔵、電極触媒の分野で独自の特性と用途を持っています。 最近、と呼ばれる新しい 2D マテリアル ファミリが追加されました。 MXenes 注目を集めています。 これらの材料は遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物で構成されており、高い導電性、親水性、大きな表面積などの顕著な特性を示しています。 MXene は、アモルファス遷移金属酸化物を作成するための前駆体として使用されています。 しかし、アモルファスMXene自体はまだ報告されていません。 これらの材料は、原子配列が乱れているため、より多くの欠陥と反応点を有する可能性があり、そのため、結晶質の対応物と比較して、より優れた化学活性と導電性が得られる可能性があります。 このため、アモルファス MXene は、エネルギー貯蔵および変換アプリケーションを改善するための有望な候補となっています。
アモルファスMXeneの可能な合成方法と応用。 (Wiley-VCH Verlag の許可を得て転載) 固体非平衡プロセスである高エネルギー ボール ミリングは、ナノ結晶またはアモルファス材料の作成に使用されてきました。 この方法は、例えば非晶質窒化ホウ素の製造に成功している。 ただし、MXenes にこの技術を使用するには、空気を隔離し、粉砕剤を追加する必要があり、実験的には困難な場合があります。 別のオプションは、2D 結晶形成プロセスの中間生成物としてアモルファス前駆体を使用することです。 アモルファス状態から長距離秩序状態への変化を妨げることが、アモルファス材料を作成するための鍵となります。 他の 2D 材料に使用されている PLD、スパッタリング、水熱反応などの方法が MXene に適用されることはほとんどないため、これらの方法を参考にすることが困難です。 MXene の場合、剥離は最も一般的な作成方法です。 しかし、無秩序な MAX を作製した後、エッチングによってアモルファス MXene を得るのは困難です。 アモルファス MXene を作成するもう 2 つの方法は、剥離プロセス中に原子の順序配列をブロックすることです。 急激なガス膨張により MXene の表面に欠陥が形成され、格子の歪みが促進される可能性があるため、剥離中の急速加熱がこれを達成するのに役立つ可能性があります。 2D アモルファス ナノ材料を作成するもう 2 つの有望なアプローチは、2D 形状に影響を与えることなく XNUMXD 結晶ナノ材料の原子配列の秩序化を防ぐことです。 これは、電子、イオン、または分子を結晶格子に継続的に挿入および脱離し、結晶構造の崩壊を引き起こすことで実現できます。 たとえば、XNUMXD 結晶 MXene に電気処理を施すと、結晶のアモルファス固体への変換が促進される可能性があります。 超臨界二酸化炭素（sc-CO）2）は、アモルファスMXenesを作成するためのもう2つの有望な物質です。 その物理的特性は容易に制御でき、XNUMXD 材料の設計や製造に応用できる可能性があります。 MXene の剥離および可逆的な結晶相から非晶質相への転移に対する圧力と温度の影響をさらに調査する必要があります。 実験に加えて、アモルファス MXene の理論的研究は、研究者がこれらの材料をより深く理解するのに役立ちます。 今後はその成長メカニズムを理論的に解明するさらなる努力が必要である。 多様なモデリング手法がさらに開発され、アモルファスMXenesの理論的研究が促進されるはずです。
Michael Liebreich
バーガー
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マイケルは、英国王立化学協会によるXNUMX冊の本の著者です。
ナノ社会：技術の境界を押し上げる,
ナノテクノロジー：未来は小さい,
ナノエンジニアリング：テクノロジーを見えなくするスキルとツール
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アモルファス MXene を作成および適用するための提案された方法
アモルファス MXene の作成に関しては、その構造内の結合が強いため、従来の合成方法を使用して達成するのは困難です。 ここで著者らは、これらのマテリアルを作成するためのいくつかの可能なアプローチを提案しています。
アモルファスMXeneの可能な合成方法と応用。 (Wiley-VCH Verlag の許可を得て転載) 固体非平衡プロセスである高エネルギー ボール ミリングは、ナノ結晶またはアモルファス材料の作成に使用されてきました。 この方法は、例えば非晶質窒化ホウ素の製造に成功している。 ただし、MXenes にこの技術を使用するには、空気を隔離し、粉砕剤を追加する必要があり、実験的には困難な場合があります。 別のオプションは、2D 結晶形成プロセスの中間生成物としてアモルファス前駆体を使用することです。 アモルファス状態から長距離秩序状態への変化を妨げることが、アモルファス材料を作成するための鍵となります。 他の 2D 材料に使用されている PLD、スパッタリング、水熱反応などの方法が MXene に適用されることはほとんどないため、これらの方法を参考にすることが困難です。 MXene の場合、剥離は最も一般的な作成方法です。 しかし、無秩序な MAX を作製した後、エッチングによってアモルファス MXene を得るのは困難です。 アモルファス MXene を作成するもう 2 つの方法は、剥離プロセス中に原子の順序配列をブロックすることです。 急激なガス膨張により MXene の表面に欠陥が形成され、格子の歪みが促進される可能性があるため、剥離中の急速加熱がこれを達成するのに役立つ可能性があります。 2D アモルファス ナノ材料を作成するもう 2 つの有望なアプローチは、2D 形状に影響を与えることなく XNUMXD 結晶ナノ材料の原子配列の秩序化を防ぐことです。 これは、電子、イオン、または分子を結晶格子に継続的に挿入および脱離し、結晶構造の崩壊を引き起こすことで実現できます。 たとえば、XNUMXD 結晶 MXene に電気処理を施すと、結晶のアモルファス固体への変換が促進される可能性があります。 超臨界二酸化炭素（sc-CO）2）は、アモルファスMXenesを作成するためのもう2つの有望な物質です。 その物理的特性は容易に制御でき、XNUMXD 材料の設計や製造に応用できる可能性があります。 MXene の剥離および可逆的な結晶相から非晶質相への転移に対する圧力と温度の影響をさらに調査する必要があります。 実験に加えて、アモルファス MXene の理論的研究は、研究者がこれらの材料をより深く理解するのに役立ちます。 今後はその成長メカニズムを理論的に解明するさらなる努力が必要である。 多様なモデリング手法がさらに開発され、アモルファスMXenesの理論的研究が促進されるはずです。
まとめ
アモルファス材料に関する現在の研究は、触媒作用とエネルギー貯蔵用途に焦点を当てています。 MXenes の触媒活性は、欠陥やエッジにある露出した金属部位から生じます。 アモルファスMXenesは、より多くの金属部位を熱、光、電気などの外部場にさらし、触媒活性を高める可能性があります。 これにより静電容量も増加し、エネルギー貯蔵や変電用途に役立つ可能性があります。 アモルファス MXene の応用範囲はまだ限られていますが、エネルギー貯蔵と変換における優れた性能が実証されています。 アモルファス MXene をグラフェン/アモルファス-MXene ハイブリッドなどの他の機能性ナノ材料と組み合わせると、高強度と高靭性の両方を備えた材料が得られる可能性があります。 2D アモルファス MXene のユニークな構造と特性によって、予期しない特性が明らかになる可能性もあります。 結論として、アモルファス MXene の開発は、持続可能な未来に向けて新しい多機能 2D 材料を作成するための強力なアプローチとなる可能性があります。 ByMichael Liebreich
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- 情報源： https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=62967.php
