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Revelando a estrutura dos MXenes: Por que esses materiais têm um design multicamadas tão exclusivo?
No campo da ciência dos materiais, MXenes são uma classe de compostos inorgânicos bidimensionais que têm atraído o interesse dos cientistas. Eles contêm carbonetos, nitretos ou carbonitretos de metais de transição atomicamente finos. A singularidade dessa classe de materiais está em sua estrutura em camadas e em sua capacidade de aceitar uma variedade de grupos de terminação de afinidade de hidrogênio, o que faz com que os MXenes mostrem potencial ilimitado em inúmeras aplicações.
Características estruturais dos MXenes
A síntese inicial de MXenes geralmente usa um processo de corrosão com ácido fluorídrico (HF), que lhes dá uma aparência de leque dobrável e é geralmente chamado de MXene multicamadas (ML-MXene) ou MXene de poucas camadas com um pequeno número de camadas. (FL-MXene). Essa estrutura única resulta em interações relativamente fracas entre as camadas, permitindo que os MXenes tenham propriedades ajustáveis para diferentes aplicações.
MXenes usam a convenção de nomenclatura Mn+1XnTx, onde T representa um grupo funcional, como O, F, OH, Cl.
Métodos de síntese de MXenes
Os MXenes são geralmente sintetizados pela remoção seletiva do elemento A da fase MAX. Este processo não resulta em nenhuma perda ou alteração no desempenho, independentemente de alterações no tamanho do lote. Estudos demonstraram que durante o processo de corrosão do Ti3AlC2 com ácido fluorídrico, após o elemento A (Al) ser removido seletivamente, a superfície da camada de carboneto será terminada por átomos de oxigênio, hidroxila e flúor.
Diferentes tipos de MXenesMXenes são classificados em vários tipos de acordo com seu número de camadas e metais de transição, incluindo MXenes binários, MXenes ternários e MXenes de metais de transição duplos. Essas diferentes estruturas correspondem a diferentes propriedades eletroquímicas e físicas. MXenes podem desempenhar um papel na eletrônica dispositivos, baterias, catalisadores e outros campos.
Dependendo da escolha dos metais de transição, os MXenes podem exibir propriedades como condutividade elétrica e propriedades de autocura, tornando-os materiais potenciais para diversas aplicações tecnológicas.
Propriedades ópticas e biológicas dos MXenes
Estudos mostraram que MXenes como Ti3C2 e Ti2C absorvem luz na faixa de luz visível e têm excelentes propriedades fototérmicas. Além disso, as propriedades biológicas dos MXenes também foram amplamente estudadas, e foi descoberto que o Ti3C2 MXene exibe boa eficácia antibacteriana contra uma variedade de bactérias e tem toxicidade seletiva para células cancerígenas, mostrando seu potencial em aplicações biomédicas.
Potenciais aplicações e perspectivas
Os MXenes demonstraram seu potencial de aplicação em muitos campos. Por exemplo, em aplicações de armazenamento de energia, como baterias de íons de lítio e supercapacitores, bem como filtragem de água e sensores de gás. Seu design multicamadas exclusivo não apenas enriquece as propriedades físicas e químicas dos MXenes, mas também oferece mais flexibilidade para diferentes necessidades técnicas.
"Os MXenes têm grande potencial de aplicação e podem se tornar materiais inovadores para tecnologias de energia sustentável e proteção ambiental no futuro."
