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德雷塞尔大学的研究人员已经开发出一种不用水就能生产有前景的2D纳米材料MXenes的方法。这使得这种材料可以用于储能和太阳能电池等应用,在这些应用中,水的存在可能会降低性能。信贷德雷塞尔大学
德雷塞尔大学的研究人员已经开发出一种不用水就能生产有前景的2D纳米材料MXenes的方法。这使得这种材料可以用于储能和太阳能电池等应用,在这些应用中,水的存在可能会降低性能。信贷德雷塞尔大学

文摘:
德雷塞尔大学的研究人员在制造了被广泛研究的纳米材料家族MXenes的第一个样品10年后,发现了一种制造原子薄材料的不同方法,这为使用这种材料提供了许多新的机会。这项新发现将水从氙的制造过程中去除,这意味着这种材料可以应用于水中污染物或影响性能的应用中,如电池电极和下一代太阳能电池。

无水制造MXenes的方法可能意味着有前途的纳米材料的新用途:Drexel研究人员的发现可能开启MXene材料的新应用

费城,PA |发布于2020年3月13日

最近发表在《化学》杂志上的这一发现为化学蚀刻液提供了一种新配方,这种化学蚀刻液可以从一种叫做MAX相的陶瓷前体材料上刻出一层一层,从而生成一种二维的层状材料MXene。

德雷塞尔工程学院的著名教授米歇尔·巴苏姆博士说:“水在制锗锗的过程中被用来稀释蚀刻酸,作为一种溶剂来中和反应,但是在成品中有水的痕迹并不总是令人满意的。”“我们已经研究了一段时间来探索其他最大p相的蚀刻剂,现在我们找到了合适的化学组合来实现这一点。”

最近,MXenes作为一种多功能、耐用、导电的材料引起了人们的关注,它有一天可能会改善能源存储技术,使功能性纺织品成为可能,并改善电信。

通常,他们是由使用浓酸,解除从马克斯阶段材料原子层,然后用水洗,留下片的二维层状材料,可以压制成薄膜芯片和电池电极,或用于喷漆天线和外套设备屏蔽电磁干扰。

Barsoum和他的同事报告了这个过程,使用有机溶剂和二氢氟酸铵——一种通常用于蚀刻玻璃的化学物质——来蚀刻最大相。这种溶液可以进行蚀刻,部分原因是它能分解成氢氟酸,但它不需要水来稀释,也不需要洗去蚀刻过程中的副产品。

以这种方式制造MXenes改变了它们的内部化学结构,使它们更适合用于某些类型的电池和太阳能电池——水可以减缓储存和/或转换能量的化学反应,或者在某些情况下甚至导致腐蚀。

德雷塞尔工程学院的博士研究员、该论文的第一作者Varun Natu说:“MXenes在改进能量存储设备方面显示出了巨大的潜力,但这一发现让它们更有前途。”“我们知道,使用有机电解质的锂或钠离子电池中即使有少量的水,也会对其性能造成损害。”在这项工作中,我们展示了在碳酸丙烯酯中合成的MXene薄膜——作为钠离子电池的阳极进行测试时——在水中蚀刻相同成分时表现出将近两倍的容量。此外,晶体现在可以很容易地与在水中降解的材料结合,比如某些聚合物、量子点和钙钛矿。”

除了更好的装备MXenes用于这些应用,以及其他有待探索的应用,新工艺还允许蚀刻溶液被回收和重用。在研究人员和公司寻找扩大生产过程的最有效方法时,这可能证明是有价值的。

参与这项工作的研究人员,包括工程学院副教授Vibha Kalra博士,一直在探索通过开发新型电极来提高电池性能和安全性的方法。这一发现将为这些努力带来新的选择,同时也将促进德雷克塞尔对MXene的研究。

“这一发现开启了一个巨大的新研究领域:非水蚀刻氙。我们相信这项工作将证明不仅对MXene社区有用,而且对整个材料科学领域的研究人员也有用,”Barsoum说。

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