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Svelata la struttura degli MXene: perché questi materiali hanno una struttura multistrato così unica?
Nel campo della scienza dei materiali, gli MXeni sono una classe di composti inorganici bidimensionali che hanno attirato l'interesse degli scienziati. Contengono carburi, nitruri o carbonitruri di metalli di transizione atomicamente sottili. L'unicità di questa classe di materiali risiede nella loro struttura stratificata e nella loro capacità di accettare una varietà di gruppi di terminazione affini all'idrogeno, il che conferisce agli MXeni un potenziale illimitato in numerose applicazioni.
Caratteristiche strutturali degli MXeni
La sintesi iniziale degli MXeni di solito utilizza un processo di incisione con acido fluoridrico (HF), che conferisce loro un aspetto simile a un ventaglio pieghevole e di solito viene chiamato MXene multistrato (ML-MXene) o MXene a pochi strati con un piccolo numero di strati. (FL-MXene). Questa struttura unica determina interazioni relativamente deboli tra gli strati, consentendo agli MXene di avere proprietà regolabili per diverse applicazioni.
Gli MXeni utilizzano la convenzione di denominazione Mn+1XnTx, dove T rappresenta un gruppo funzionale, come O, F, OH, Cl.
Metodi di sintesi degli MXeni
Gli MXeni vengono solitamente sintetizzati mediante l'incisione selettiva dell'elemento A dalla fase MAX. Questo processo non comporta alcuna perdita o modifica delle prestazioni, indipendentemente dalle modifiche nella dimensione del lotto. Studi hanno dimostrato che durante il processo di incisione di Ti3AlC2 con acido fluoridrico, dopo che l'elemento A (Al) è stato rimosso selettivamente, la superficie dello strato di carburo sarà terminata da atomi di ossigeno, idrossile e fluoro.
Diversi tipi di MXenesGli MXeni sono classificati in vari tipi in base al numero di strati e metalli di transizione, tra cui MXeni binari, MXeni ternari e MXeni con doppio metallo di transizione. Queste diverse strutture corrispondono a diverse proprietà elettrochimiche e fisiche. Gli MXeni possono svolgere un ruolo nell'elettronica dispositivi, batterie, catalizzatori e altri campi.
A seconda della scelta dei metalli di transizione, gli MXeni possono presentare proprietà quali conduttività elettrica e proprietà di auto-riparazione, rendendoli potenziali materiali per varie applicazioni tecnologiche.
Proprietà ottiche e biologiche degli MXeni
Studi hanno dimostrato che gli MXeni come Ti3C2 e Ti2C assorbono la luce nella banda visibile e hanno eccellenti proprietà fototermiche. Inoltre, le proprietà biologiche degli MXeni sono state ampiamente studiate e si è scoperto che l'MXene Ti3C2 mostra una buona efficacia antibatterica contro una varietà di batteri e ha una tossicità selettiva per le cellule tumorali, dimostrando il suo potenziale nelle applicazioni biomediche.
Potenziali applicazioni e prospettive
Gli MXeni hanno dimostrato il loro potenziale applicativo in molti campi. Ad esempio, nelle applicazioni di accumulo di energia, come le batterie agli ioni di litio e i supercondensatori, nonché nella filtrazione dell'acqua e nei sensori di gas. Il suo esclusivo design multistrato non solo arricchisce le proprietà fisiche e chimiche degli MXenes, ma offre anche maggiore flessibilità per diverse esigenze tecniche.
"Gli MXeni hanno un grande potenziale applicativo e potrebbero diventare materiali innovativi per le tecnologie di energia sostenibile e di protezione ambientale in futuro."
