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Dal 2011 ad oggi: come hanno fatto gli MXenes a diventare rapidamente le stelle della scienza dei materiali?
Nel campo della scienza dei materiali, gli MXene sono senza dubbio uno dei materiali emergenti più accattivanti degli ultimi anni. Sin dalla prima segnalazione da parte degli scienziati della Drexel University nel 2011, gli MXene hanno rapidamente attirato l'attenzione dei ricercatori di tutto il mondo per la loro struttura e proprietà uniche. Questi composti bidimensionali derivati da metalli di transizione sono ampiamente utilizzati in molti campi come lo stoccaggio di energia, la catalisi e l'elettronica grazie alla loro eccellente conduttività elettrica, eccellenti proprietà meccaniche e diverse caratteristiche chimiche superficiali.
È sorprendente che materiali come MXenes si siano trasformati da risultati della ricerca scientifica in materiali stellari con prospettive di applicazione illimitate in soli dieci anni.
Struttura e sintesi dei MXeni
Gli MXeni sono composti da carburi, nitruri o carbonitruri di metalli di transizione e solitamente si presentano in una struttura stratificata. Gli MXeni sono denominati sotto forma di Mn+1XnTx, dove M rappresenta l'elemento metallico, X rappresenta carbonio o azoto e T rappresenta il gruppo di terminazione superficiale. Questa struttura consente agli MXeni di mostrare una buona conduttività elettrica e resistenza meccanica.
Gli MXeni vengono sintetizzati principalmente tramite attacco selettivo. Questa tecnologia di sintesi non solo è scalabile ma mantiene anche le proprietà del materiale. In questo processo, gli scienziati utilizzano soluzioni di attacco forte contenenti fluoro, come l'acido fluoridrico o il cloruro di litio, per rimuovere gli elementi dello strato A intermedio ed estrarre gli MXeni. Recentemente, le richieste in diversi campi come il trattamento delle acque sporche e la biomedicina hanno continuato a stimolare l'evoluzione dei metodi di sintesi di MXenes.
Proprietà degli MXeni
Una delle maggiori caratteristiche degli MXene è l'elevata densità elettronica e le proprietà di metallizzazione, che li rendono eccellenti in una varietà di applicazioni. La ricerca mostra che gli MXene possono assorbire e immagazzinare efficacemente gli ioni, mostrando in particolare prestazioni eccellenti nelle batterie agli ioni di litio e nelle batterie agli ioni di sodio. Ad esempio, Ti3C2 MXene è significativamente più efficiente dei materiali tradizionali nella rimozione degli ioni e rimane stabile in diversi ambienti.
La ricerca mostra che Ti3C2 MXene mostra fino a 100 volte la capacità di adsorbimento di ioni in un dispositivo di deionizzazione con elettrodi fluenti, dimostrando il suo potenziale nel controllare l'inquinamento dell'acqua.
Potenziali applicazioni e prospettive future
Gli MXene hanno un'ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui batterie, supercondensatori, fotocatalisi, sensori di gas e biomedicina. Soprattutto quando si tratta di stoccaggio dell’energia elettrica, gli MXenes superano molti materiali tradizionali. I ricercatori stanno esplorando l'uso degli MXene nei dispositivi elettronici avanzati e nei sistemi energetici. Queste applicazioni non si limitano alle batterie. La loro elevata conduttività e le proprietà sintonizzabili li rendono inoltre dotati di buone prospettive nei campi dell'elettronica e dell'optoelettronica.
Con una comprensione più approfondita della sintesi e dei percorsi applicativi degli MXene, la ricerca futura probabilmente aprirà aree di applicazione più innovative, cambiando così i nostri stili di vita.
Conclusione
Dal 2011, la rapida ascesa degli MXenes ha attirato l'attenzione diffusa del mondo accademico e dell'industria. La continua evoluzione ed esplorazione applicativa di questo materiale preannuncia innumerevoli opportunità per il futuro. Con il continuo progresso della tecnologia, gli MXene potranno finalmente superare i limiti dei materiali esistenti e diventare il materiale centrale della nuova era della scienza e della tecnologia del futuro?
