在一项可能为未来应用的新型纳米材料MXenes(发音为“Maxines”)打开大门的工作中,得克萨斯A&M大学的研究人员发现了一种简单,廉价的方法来防止材料快速降解。

二维MXene纳米片在从储能到水净化的应用中具有前景。然而,MXenes有一个跟腱:它们在开放时会迅速降解。

根据德克萨斯A&M团队的说法,这个问题的解决方案涉及将MXenes暴露于一系列化合物中,这些化合物最好由天然膳食补充剂如维生素C代表。

“通过这些发现,货架稳定的MXenes成为可能,基于工程级MXene的材料可以成为现实,”研究人员在即将发行的在线期刊Matter的一篇论文中写道。

有趣的财产

MXenes是由Drexel大学的一个团队于2011年发现的,它是一些材料,只有几个原子厚,主要由金属层组成,如钛和/或氮交错的金属。

由于它们的纳米厚度和各种元素,它们可以由(其他纳米材料,如石墨烯仅含碳)组成,“这些材料往往具有非常有趣的特性,如高导电性和高催化活性,”Micah Green博士说。他是一名副教授,领导这项工作,并在德克萨斯A&M的Artie McFerrin化学工程系和材料科学与工程系担任联合任命。

由于这些属性,MXenes在研究界引起了极大的兴趣和热情,从电池到电子传感器等各种应用都有潜在的应用。

“但是在背景中潜伏着一个问题,”格林说。MXenes快速降解或氧化。“它们分崩离析,不再是纳米片。这种情况发生在几天之内。”

虽然其他研究人员发现干燥或冷冻MXenes等技术可以延缓其降解,“他们仍然不会持续多年,”他说。“没有人想要一种不具有长保质期的材料。”

Texas A&M通过跨学科的纳米材料,陶瓷和聚合物专家团队解决了这个问题。

参与这项工作的其他教员是材料科学与工程系教授Miladin Radovic博士和材料科学与工程系副教授兼化学工程系副教授Jodie Lutkenhaus博士。

走向解决方案

该团队最终发现,将典型的MXene暴露于L-抗坏血酸钠溶液可阻止纳米片降解。此外,一些相关化合物,包括维生素C,也起作用。根据格林的说法,效果持续。他还指出,该团队在一年前就做出了这一发现,经过处理的MXenes仍然稳定。

为了进一步研究导致稳定性提高的现象,该团队完成了MXenes与抗氧化剂之间相互作用的分子动力学模拟。他们发现抗坏血酸分子似乎与MXene纳米片相关联,阻止它与水分子相互作用,从而防止其氧化。

该团队很兴奋,因为他们的“方法似乎适用于各种不同的MXenes,”格林说。该物质本文的重点是最常见的MXene(Ti3C2Tx),但其他类型MXenes的是更不稳定。以至于“人们怀疑这些材料是否能够找到应用。使用这种技术,这可能会改变。”研究人员目前正在使用相同的方法探索这些额外MXenes的稳定性。