Diez años después de producir la primera muestra de la familia de nanomateriales ahora ampliamente estudiada, llamada MXenes, los investigadores de la Universidad de Drexel han descubierto una forma diferente de fabricar el material delgado como el átomo que presenta una serie de nuevas oportunidades para usarlo. El nuevo descubrimientoelimina el agua del proceso de fabricación de MXene, lo que significa que los materiales se pueden usar en aplicaciones en las que el agua es contaminante o dificulta el rendimiento, como los electrodos de batería y las células solares de próxima generación.
El descubrimiento, que se informó recientemente en la revista Chem , ofrece una nueva receta para la solución de grabado químico que separa las capas de un material precursor de cerámica, llamado fase MAX, para crear el material en capas bidimensional, MXene.
"El agua se ha utilizado en los procesos de fabricación de MXene para diluir el ácido de grabado y como disolvente para neutralizar la reacción, pero no siempre es deseable tener rastros de ella en el producto terminado", dijo Michel Barsoum, PhD,Distinguido profesor en la Facultad de Ingeniería de Drexel: "Hemos estado trabajando durante algún tiempo para explorar otros grabadores para la fase MAX P y ahora hemos encontrado la combinación correcta de productos químicos para hacerlo".
MXenes ha llamado la atención recientemente como un material conductor versátil, duradero que algún día podría mejorar la tecnología de almacenamiento de energía, habilitar textiles funcionales y mejorar las telecomunicaciones.
Por lo general, se producen mediante el uso de un ácido concentrado, para separar las capas atómicas de un material de fase MAX, luego se lavan con agua, dejando escamas del material en capas 2D que se puede presionar en películas delgadas para microchips y electrodos de batería,o se usa para rociar antenas de pintura y dispositivos de recubrimiento para bloquear la interferencia electromagnética.
El proceso informado por Barsoum y sus colegas utiliza un solvente orgánico y fluoruro de dihidrógeno de amonio, un químico comúnmente utilizado para grabar el vidrio, para grabar la fase MAX. Esta solución hace el grabado, en parte porque se descompone en ácido fluorhídrico, pero no requiere agua para diluirlo o eliminar los subproductos del proceso de grabado.
Hacer MXenes de esta manera altera su estructura química interior de una manera que los hace más adecuados para su uso en algunos tipos de baterías y células solares, donde el agua podría ralentizar las reacciones químicas que almacenan y / o convierten energía, o en algunoscasos incluso causan corrosión.
"Los MXenes han demostrado un tremendo potencial para mejorar los dispositivos de almacenamiento de energía, pero este descubrimiento los hace aún más prometedores", dijo Varun Natu, investigador doctoral en la Facultad de Ingeniería de Drexel y primer autor del artículo. "Se sabe que incluso un pocoLa presencia de agua en baterías de iones de litio o sodio que utilizan electrolitos orgánicos puede ser perjudicial para su rendimiento. En este trabajo mostramos que las películas MXene sintetizadas en carbonato de propileno, cuando se prueban como ánodos en una batería de iones de sodio, exhiben casi el doble de capacidadde la misma composición grabada en agua. Además, los MXenes ahora pueden integrarse fácilmente con materiales que se degradan en agua, como ciertos polímeros, puntos cuánticos y perovskitas ".
Además de equipar mejor MXenes para estas aplicaciones, y otras aún por explorar, el nuevo proceso también permite recuperar y reutilizar la solución de grabado. Esto podría resultar valioso a medida que los investigadores y las empresas busquen la forma más eficiente de escalarel proceso de producción.
Los investigadores involucrados en este trabajo, incluido Vibha Kalra, PhD, profesor asociado en la Facultad de Ingeniería, han estado explorando formas de mejorar el rendimiento y la seguridad de la batería mediante el desarrollo de nuevos tipos de electrodos. Este descubrimiento podría aportar nuevas opciones para estosesfuerzos, así como el creciente cuerpo de investigación MXene de Drexel.
"Este hallazgo abre un nuevo campo de investigación enorme: grabado no acuoso de MXenes. Creemos que este trabajo resultará útil no solo para la comunidad MXene, sino también para los investigadores de toda la ciencia de los materiales de campo", dijo Barsoum.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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