09 mei 2023 (Nanowerk-schijnwerper) Wetenschappers hebben onlangs een nieuwe klasse van amorfe nanomaterialen ontdekt die zijn gemaakt door atomaire onregelmatige arrangementen te introduceren. Deze materialen vertonen uitstekende prestaties op het gebied van katalyse, energieopslag en mechanica. In een recent Perspective-artikel in Geavanceerde materialen (“Amorf MXene opent nieuwe perspectieven”), onderzoeken wetenschappers de mogelijkheid van amorfe MXenen, een specifiek type 2D-materiaal, en hun mogelijke toepassingen. Amorfe materialen - materialen die geen geordende structuur over lange afstand hebben - hebben fascinerende fysieke eigenschappen en functionaliteiten, die enorme kansen bieden voor wetenschappelijke ontdekkingen. Amorf 2D-materialen, in het bijzonder, zijn aantrekkelijk voor toekomstige geavanceerde technologieën omdat ze eigenschappen hebben van zowel hun 2D-structuur als de ongeordende rangschikking van atomen. Voorbeelden van deze materialen omvatten amorf grafeen, overgangsmetaal dichalcogenide, boorfosfide en boornitride, die allemaal unieke eigenschappen en toepassingen hebben op het gebied van elektronica, opto-elektronica, energieopslag en elektrokatalysatoren. Onlangs is een nieuwe familie van 2D-materialen genoemd MXenen aandacht heeft gekregen. Deze materialen zijn gemaakt van overgangsmetaalcarbiden, nitriden en carbonitriden en hebben opmerkelijke eigenschappen laten zien, zoals een hoge elektrische geleidbaarheid, hydrofiele aard en een groot oppervlak. MXenen zijn gebruikt als voorlopers om amorfe overgangsmetaaloxiden te maken. Amorfe MXenen zelf zijn echter nog niet gerapporteerd. Deze materialen kunnen meer defecten en reactieve locaties hebben vanwege hun ongeordende atomaire rangschikking, waardoor ze mogelijk een betere chemische activiteit en geleidbaarheid hebben in vergelijking met hun kristallijne tegenhangers. Dit maakt amorfe MXenes veelbelovende kandidaten voor het verbeteren van toepassingen voor energieopslag en transformatie.
De mogelijke synthesemethoden en toepassing van amorf MXeen. (Overgenomen met toestemming van Wiley-VCH Verlag) Kogelmalen met hoge energie, een niet-evenwichtsproces in vaste toestand, is gebruikt om nanokristallijne of amorfe materialen te maken. Deze methode is succesvol geweest bij het produceren van bijvoorbeeld amorf boornitride. Het gebruik van deze techniek voor MXenes vereist echter het isoleren van de lucht en het toevoegen van een maalmiddel, wat experimenteel een uitdaging kan zijn. Een andere optie is om een amorfe voorloper te gebruiken als tussenproduct in het 2D-kristalvormingsproces. Het belemmeren van de transformatie van de amorfe toestand naar een geordende toestand op lange afstand is de sleutel voor het creëren van amorfe materialen. Methoden zoals PLD, sputteren en hydrothermale reacties, die zijn gebruikt voor andere 2D-materialen, worden zelden toegepast op MXenes, waardoor het moeilijk is om deze methoden als referentie te gebruiken. Voor MXenes is afschilfering de meest gebruikelijke methode om ze te maken. Het is echter een uitdaging om amorfe MXenen te verkrijgen door te etsen na het voorbereiden van ongeordende MAX. Een alternatieve manier om amorfe MXenen te maken, is door de atomaire ordening tijdens het exfoliatieproces te blokkeren. Snelle verwarming tijdens exfoliatie kan dit helpen bereiken, omdat een plotselinge gasuitzetting kan leiden tot de vorming van defecten op het oppervlak van de MXene, waardoor roostervervorming wordt bevorderd. Een andere veelbelovende benadering voor het maken van 2D-amorfe nanomaterialen is het voorkomen van de ordening van atomaire rangschikkingen van 2D-kristallen nanomaterialen zonder hun 2D-vorm te beïnvloeden. Dit kan worden bereikt door continu elektronen, ionen of moleculen uit het kristalrooster te intercaleren en de-intercaleren, waardoor de kristalstructuur instort. Door bijvoorbeeld 2D-kristallen MXenen aan een elektrische behandeling te onderwerpen, kan de transformatie van het kristal in een amorfe vaste stof worden bevorderd. Superkritisch koolstofdioxide (sc-CO2) is een andere veelbelovende stof voor het maken van amorfe MXenen. De fysieke eigenschappen ervan kunnen eenvoudig worden gecontroleerd en het heeft het potentieel om te worden toegepast in 2D-materiaalontwerp en -productie. De druk- en temperatuureffecten op de afschilfering en omkeerbare kristallijn-naar-amorfe faseovergang in MXenen moeten verder worden onderzocht. Naast experimenten kan theoretisch onderzoek van amorfe MXenen onderzoekers helpen deze materialen beter te begrijpen. Er moeten meer inspanningen worden geleverd om hun groeimechanisme in de toekomst theoretisch te verduidelijken. Gediversifieerde modelleringsmethoden moeten verder worden ontwikkeld om het theoretisch onderzoek naar amorfe MXenen te vergemakkelijken.
Michael
Berger
-
Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Voorgestelde methoden voor het maken en toepassen van amorfe MXenes
Als het gaat om het maken van amorfe MXenen, maken de sterke bindingen binnen hun structuur het moeilijk om dit te bereiken met behulp van traditionele synthesemethoden. Hier stellen de auteurs verschillende mogelijke benaderingen voor om deze materialen te maken.
De mogelijke synthesemethoden en toepassing van amorf MXeen. (Overgenomen met toestemming van Wiley-VCH Verlag) Kogelmalen met hoge energie, een niet-evenwichtsproces in vaste toestand, is gebruikt om nanokristallijne of amorfe materialen te maken. Deze methode is succesvol geweest bij het produceren van bijvoorbeeld amorf boornitride. Het gebruik van deze techniek voor MXenes vereist echter het isoleren van de lucht en het toevoegen van een maalmiddel, wat experimenteel een uitdaging kan zijn. Een andere optie is om een amorfe voorloper te gebruiken als tussenproduct in het 2D-kristalvormingsproces. Het belemmeren van de transformatie van de amorfe toestand naar een geordende toestand op lange afstand is de sleutel voor het creëren van amorfe materialen. Methoden zoals PLD, sputteren en hydrothermale reacties, die zijn gebruikt voor andere 2D-materialen, worden zelden toegepast op MXenes, waardoor het moeilijk is om deze methoden als referentie te gebruiken. Voor MXenes is afschilfering de meest gebruikelijke methode om ze te maken. Het is echter een uitdaging om amorfe MXenen te verkrijgen door te etsen na het voorbereiden van ongeordende MAX. Een alternatieve manier om amorfe MXenen te maken, is door de atomaire ordening tijdens het exfoliatieproces te blokkeren. Snelle verwarming tijdens exfoliatie kan dit helpen bereiken, omdat een plotselinge gasuitzetting kan leiden tot de vorming van defecten op het oppervlak van de MXene, waardoor roostervervorming wordt bevorderd. Een andere veelbelovende benadering voor het maken van 2D-amorfe nanomaterialen is het voorkomen van de ordening van atomaire rangschikkingen van 2D-kristallen nanomaterialen zonder hun 2D-vorm te beïnvloeden. Dit kan worden bereikt door continu elektronen, ionen of moleculen uit het kristalrooster te intercaleren en de-intercaleren, waardoor de kristalstructuur instort. Door bijvoorbeeld 2D-kristallen MXenen aan een elektrische behandeling te onderwerpen, kan de transformatie van het kristal in een amorfe vaste stof worden bevorderd. Superkritisch koolstofdioxide (sc-CO2) is een andere veelbelovende stof voor het maken van amorfe MXenen. De fysieke eigenschappen ervan kunnen eenvoudig worden gecontroleerd en het heeft het potentieel om te worden toegepast in 2D-materiaalontwerp en -productie. De druk- en temperatuureffecten op de afschilfering en omkeerbare kristallijn-naar-amorfe faseovergang in MXenen moeten verder worden onderzocht. Naast experimenten kan theoretisch onderzoek van amorfe MXenen onderzoekers helpen deze materialen beter te begrijpen. Er moeten meer inspanningen worden geleverd om hun groeimechanisme in de toekomst theoretisch te verduidelijken. Gediversifieerde modelleringsmethoden moeten verder worden ontwikkeld om het theoretisch onderzoek naar amorfe MXenen te vergemakkelijken.
Conclusie
Lopend onderzoek naar amorfe materialen richt zich op toepassingen van katalyse en energieopslag. De katalytische activiteit van MXenes komt van hun blootgestelde metalen locaties bij defecten en randen. Amorfe MXenen kunnen meer metaallocaties blootstellen aan externe velden zoals warmte, licht en elektriciteit, waardoor hun katalytische activiteit wordt versterkt. Dit verhoogt ook hun capaciteit, waardoor ze potentieel bruikbaar worden in energieopslag- en transformatietoepassingen. Hoewel het toepassingsgebied voor amorfe MXenen nog steeds beperkt is, is hun uitstekende prestatie op het gebied van energieopslag en -transformatie aangetoond. Het combineren van amorfe MXenen met andere functionele nanomaterialen, zoals grafeen/amorf-MXenen hybriden, zou kunnen resulteren in materialen met zowel hoge sterkte als hoge taaiheid. De unieke structuur en eigenschappen van 2D amorfe MXenen kunnen ook onverwachte eigenschappen onthullen. Concluderend kan de ontwikkeling van amorfe MXenen een krachtige aanpak zijn om nieuwe multifunctionele 2D-materialen te creëren voor een duurzame toekomst. ByMichael
Berger
-
Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoAiStream. Web3 gegevensintelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
- Koop en verkoop aandelen in PRE-IPO-bedrijven met PREIPO®. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=62967.php
