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De 2011 até agora: como os MXenes se tornaram rapidamente as estrelas da ciência dos materiais?
No campo da ciência dos materiais, os MXenes são, sem dúvida, um dos materiais emergentes mais atraentes dos últimos anos. Desde que foram relatados pela primeira vez por cientistas da Universidade Drexel em 2011, os MXenes rapidamente atraíram a atenção de pesquisadores do mundo todo com sua estrutura e propriedades únicas. Esses compostos bidimensionais de metais de transição são amplamente utilizados em muitos campos, como armazenamento de energia, catálise e eletrônica, devido à sua excelente condutividade, boas propriedades mecânicas e química de superfície diversificada.
É incrível que os MXenes, uma classe de materiais, tenham se transformado de resultados de pesquisas científicas em materiais estelares com perspectivas ilimitadas de aplicação em apenas dez anos.
Estrutura e síntese de MXenes
MXenes são compostos de carbonetos, nitretos ou carbonitretos de metais de transição, geralmente aparecendo em uma estrutura em camadas. Os MXenos são nomeados na forma Mn+1XnTx, onde M representa o elemento metálico, X representa carbono ou nitrogênio e T representa o grupo de terminação da superfície. Essa estrutura permite que os MXenes apresentem boa condutividade e resistência mecânica.
MXenes são sintetizados principalmente por meio de métodos de corrosão seletiva. Essa tecnologia de síntese não é apenas escalável, mas também mantém as propriedades do material. Nesse processo, os cientistas usam soluções de corrosão fortes contendo flúor, como ácido fluorídrico ou cloreto de lítio, para remover os elementos da camada A intermediária e, assim, extrair os MXenes. Recentemente, as demandas de diferentes campos, como tratamento de águas sujas e biomedicina, têm estimulado continuamente a evolução dos métodos de síntese de MXenes.
Propriedades dos MXenes
Uma das maiores características dos MXenes é sua alta densidade eletrônica e propriedades metálicas, que os tornam excelentes em diversas aplicações. Estudos demonstraram que os MXenes podem adsorver e armazenar íons de forma eficaz, apresentando excelente desempenho principalmente em baterias de íons de lítio e baterias de íons de sódio. Por exemplo, o Ti3C2 MXene é significativamente mais eficiente na remoção de íons do que os materiais tradicionais e pode permanecer estável em diferentes ambientes.
Estudos mostraram que o Ti3C2 MXene apresenta capacidade de adsorção de íons até 100 vezes maior em um dispositivo de deionização de eletrodo móvel, demonstrando seu potencial para tratar a poluição da água.
Possíveis aplicações e perspectivas futuras
Os MXenes têm uma ampla gama de aplicações potenciais, incluindo baterias, supercapacitores, fotocatálise, sensores de gás e biomedicina. Especialmente em termos de armazenamento de energia elétrica, os MXenes superam muitos materiais tradicionais. Pesquisadores estão explorando o uso de MXenes em dispositivos eletrônicos avançados e sistemas de energia. Essas aplicações não se limitam a baterias. Sua alta condutividade e propriedades ajustáveis também os tornam promissores em eletrônica e optoeletrônica.
ConclusãoCom uma compreensão mais profunda das vias de síntese e aplicação dos MXenes, pesquisas futuras provavelmente abrirão áreas de aplicação mais inovadoras, mudando assim nosso estilo de vida.
Desde 2011, o rápido crescimento do MXenes atraiu ampla atenção da academia e da indústria. A evolução contínua e a exploração da aplicação deste material anunciam inúmeras oportunidades no futuro. Com o avanço contínuo da tecnologia, os MXenes podem eventualmente superar as limitações dos materiais existentes e se tornar o material central da nova era da ciência e tecnologia no futuro?
