MXens
En ciència de materials, els MXens (en anglès MXenes), són una classe de compostos inorgànics bidimensionals. Aquests materials consisteixen en capes de carburs, nitrurs o carbonitrurs de metalls de transició de pocs àtoms de gruix. Descrits per primera vegada el 2011, els MXens combinen la conductivitat metàl·lica dels carburs de metalls de transició i una naturalesa hidròfila a causa de les seves superfícies terminades amb grups hidroxil o oxígens.[1][2]
El nom de MXens ve de les fases MAX, uns composts químics formats per capes apilades de carburs i nitrurs que segueixen la fórmula Mn+1AXn, on n és un nombre enter entre 1 i 4; M és un metall de transició de l'esquerra del bloc; A és un element del grup 13 o 14; i la X és carboni, nitrogen o una mescla d'ambdós. Els MXens es sintetitzen eliminant selectivament les capes de A de les fases MAX, quedant així només Mn+1AXn.[3]
Síntesi modifica
Els MXens es sintetitzen normalment mitjançant un procés de dalt a baix o top-down consistent en un gravat o etching selectiu. S'ha demostrat que aquesta ruta sintètica és escalable, sense pèrdues ni canvis en les propietats a mesura que augmenta la quantitat de producte.[4] La producció d’un MXè mitjançant la gravació d’una fase MAX es produeix principalment mitjançant l’ús de solucions de gravat fortes que contenen ions fluor (F−) com l'àcid fluorhídric (HF), el bifluorur d’amoni (NH₄HF₂),[5] o una barreja d’àcid clorhídric (HCl) i fluorur de liti (LiF).[6] Per exemple, el gravat de Ti₃AlC₂ en HF aquós a temperatura ambient fa que els àtoms A (Al) siguin eliminats selectivament i la superfície de les capes de carbur acabi amb grups O, OH i/o F.[7][8] Els MXens també es pode obtenir en sals foses d'àcids de Lewis, com el clorur de zinc (ZnCl²), podent obtenir un terminal Cl.[9] Els MXens amb terminacions Cl són estructuralment estables fins a 750 °C.[10] Es va demostrar que un utilitzar la sal fosa d’un àcid de Lewis era viable per gravar la majoria de les fases MAX (com ara precursors de fase MAX on els elements A eren Si, Zn i Ga) utilitzant sals tals com CdCl2, FeCl2, CoCl2, CuCl2, AgCl i NiCl2.[11]
El MXene Ti₄N₃ va ser el primer MXè fet a partir de nitrurs reportat i es pot sintetitzar per un procediment diferent dels utilitzats pels MXens de carburs. Per sintetitzar Ti₄N₃, la fase MAX Ti₄AlN₃ es barreja amb una mescla eutèctica de sals foses de fluorur de liti, fluorur de sodi i fluorur de potassi i es sotmet a temperatures elevades. Aquest procediment elimina les capes d'Al, produint Ti₄N₃ multicapa, que es pot exfoliar en capes simples submergint el MXè en hidròxid de tetrabutilamoni sota sonicació.[12]
Referències modifica
- ↑ Naguib, Michael; Kurtoglu, Murat; Presser, Volker; Lu, Jun; Niu, Junjie «Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2». Advanced Materials, 23, 37, 2011, pàg. 4248–4253. DOI: 10.1002/adma.201102306. ISSN: 1521-4095.
- ↑ Naguib, Michael; Mochalin, Vadym N.; Barsoum, Michel W.; Gogotsi, Yury «25th Anniversary Article: MXenes: A New Family of Two-Dimensional Materials» (en anglès). Advanced Materials, 26, 7, 2014, pàg. 992–1005. DOI: 10.1002/adma.201304138. ISSN: 1521-4095.
- ↑ «The Birth of MXenes». [Consulta: 6 juny 2021].
- ↑ Shuck, Christopher E.; Sarycheva, Asia; Anayee, Mark; Levitt, Ariana; Zhu, Yuanzhe «Scalable Synthesis of Ti3C2Tx MXene» (en anglès). Advanced Engineering Materials, 22, 3, 2020, pàg. 1901241. DOI: 10.1002/adem.201901241. ISSN: 1527-2648.
- ↑ Halim, Joseph; Lukatskaya, Maria R.; Cook, Kevin M.; Lu, Jun; Smith, Cole R. «Transparent Conductive Two-Dimensional Titanium Carbide Epitaxial Thin Films». Chemistry of Materials, 26, 7, 08-04-2014, pàg. 2374–2381. DOI: 10.1021/cm500641a. ISSN: 0897-4756. PMC: PMC3982936. PMID: 24741204.
- ↑ Ghidiu, Michael; Lukatskaya, Maria R.; Zhao, Meng-Qiang; Gogotsi, Yury; Barsoum, Michel W. «Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance» (en anglès). Nature, 516, 7529, 2014-12, pàg. 78–81. DOI: 10.1038/nature13970. ISSN: 1476-4687.
- ↑ «X-ray photoelectron spectroscopy of select multi-layered transition metal carbides (MXenes)» (en anglès). Applied Surface Science, 362, 30-01-2016, pàg. 406–417. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.11.089. ISSN: 0169-4332.
- ↑ Harris, Kristopher J.; Bugnet, Matthieu; Naguib, Michael; Barsoum, Michel W.; Goward, Gillian R. «Direct Measurement of Surface Termination Groups and Their Connectivity in the 2D MXene V2CTx Using NMR Spectroscopy». The Journal of Physical Chemistry C, 119, 24, 18-06-2015, pàg. 13713–13720. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b03038. ISSN: 1932-7447.
- ↑ Li, Mian; Lu, Jun; Luo, Kan; Li, Youbing; Chang, Keke «Element Replacement Approach by Reaction with Lewis Acidic Molten Salts to Synthesize Nanolaminated MAX Phases and MXenes». Journal of the American Chemical Society, 141, 11, 20-03-2019, pàg. 4730–4737. DOI: 10.1021/jacs.9b00574. ISSN: 0002-7863.
- ↑ Lu, J.; Persson, I.; Lind, H.; Li, M.; Li, Y. «Tin+1Cn MXene with fully saturated and thermally stable Cl terminations». arXiv:1901.05212 [cond-mat], 16-01-2019.
- ↑ Li, Youbing; Shao, Hui; Lin, Zifeng; Lu, Jun; Liu, Liyuan «A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte» (en anglès). Nature Materials, 19, 8, 2020-08, pàg. 894–899. DOI: 10.1038/s41563-020-0657-0. ISSN: 1476-4660.
- ↑ Urbankowski, Patrick; Anasori, Babak; Makaryan, Taron; Er, Dequan; Kota, Sankalp «Synthesis of two-dimensional titanium nitride Ti4N3 (MXene)» (en anglès). Nanoscale, 8, 22, 02-06-2016, pàg. 11385–11391. DOI: 10.1039/C6NR02253G. ISSN: 2040-3372.