Nieuwe strategie voorgesteld voor defectvrije MXene-nanosheets met enkele lagen en verbeterde fysisch-chemische eigenschappen

Onderzoekers van de Hefei Institutes of Physical Science van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben een geoptimaliseerde synthesestrategie voorgesteld om defectvrije laaglaag M te verkrijgen₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) MXene nanosheets. Hun resultaten zijn gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap.

MXene-materialen hebben een enorm potentieel voor toepassingen zoals energieopslag, energieconversie en elektromagnetische afscherming vanwege hun uitstekende fysische en chemische eigenschappen. M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) MXenen hebben veel aandacht gekregen.

Door echter een pure MAX-fasevoorloper te verkrijgen, wordt het etsen voor meerlaagse M₄C₃T_X MXenen en strikte eisen aan intercalatiemiddelen en exfoliatieoperaties zijn allemaal problemen bij de synthese van deze weiniglaagse M₄C₃T_X MXenen. Als gevolg hiervan hebben slechts enkele onderzoeken zich geconcentreerd op de studie van dunne M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) MXenen.

In deze studie stellen de wetenschappers een routekaart voor voor de synthese van defectvrije M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) nanobladen. Het omvat calcineren bij hoge temperatuur, HF-selectief etsen, intercalatie en exfoliatie. Het produceert drie verschillende defectvrije M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) nanobladen.

Uitgebreide karakterisering bevestigt hun defectvrije structuur, aanzienlijke afstanden tussen de lagen (variërend van 1,702 tot 1,955 nm), diverse functionele groepen (-OH, -F, -O) en overvloedige valentietoestanden (M⁵⁺M⁴⁺M³⁺M²⁺M⁰).

Bovendien vervaardigden ze een vrijstaande film door vacuümfiltratie van een paar lagen M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) MXeen-inkt, die opmerkelijke fysisch-chemische eigenschappen vertoonde, zoals hoge geleidbaarheid, hoge stabiliteit en hydrofiliteit.

“Ons werk biedt gedetailleerde richtlijnen voor de synthese van andere defectvrije MXene-nanosheets met enkele lagen”, zegt Huang Yanan, lid van het team, “en dient als katalysator voor de uitgebreide verkenning van functionele toepassingen van M₄C₃T_X (M = V, Nb, Ta) MXene-nanosheets in de toekomst.”