Esmakordselt on teadlased vähendanud mxeenide oksüdatsiooni kineetikat aatomi skaalal

Allika pealkiri: Teadlased esimest korda aatomi skaala vähendamisel Mxeenide oksüdatsiooni kineetika

Hiljuti on Jilini ülikooli füüsikakolledži haridusministeeriumi uue akufüüsika ja tehnoloogia peamise laboratooriumi dotsent Meng Xingi meeskond teinud olulisi edusamme kahemõõtmeliste üleminekute karbiidide oksüdatsioonikäitumise teoreetilisel arvutamisel /nitriidid/süsiniknitriidid (MXENES) ja asjakohased tulemused avaldati veebis Saksamaa rakenduskeemias 14. juunil 2023.

Kõrge juhtivuse ja rikkaliku pinna funktsionaalsete rühmade tõttu kasutatakse mxene laialdaselt energias, elektroonikaseadmetes, biomeditsiinis ja muudes väljades. Kuid Mxenid lagunevad märjas keskkonnas või vesilahustes hõlpsalt siirdemetalloksiidideks, mis piiravad selle kasutamist erinevates väljades. Seetõttu on peamine teaduslik probleem, mida tuleb kiiresti lahendada, kuidas sünteesida kõrge keemilise stabiilsusega.

Uuringus viis MENGi uurimisrühm läbi põhjaliku teoreetilise arvutuse uuringu ülimagusa Mxeeni-veesüsteemi oksüdatsioonikäitumise kohta. Kombineerides masinõppe esmapõhjuste arvutustega, saavutasid teadlased nanosekundi molekulaarse dünaamika simulatsioonid DFT täpsusega ja vähendasid esmakordselt aatomiskaalast mxeenide oksüdatsiooni kineetilist protsessi, paljastades täheldatud mxeenide oksüdatsiooni kiiruse olemuse eksperimentaalselt. Selgitati välja märjas keskkonnas või vesilahuses mxeenide oksüdatsioonimehhanism.

Teadlased töötasid välja MXENES-VAKSE SÜSTEEMI NEUREKTSIOONISE FUNKTSIOON, mis toimib hästi testikomplektis, juurte keskpunkti vead on 2,35mev/ aatom energias ja 0,083EV/ A jõu jaoks, võrreldes DFT arvutustega. Võimaliku funktsiooni põhjal MD simulatsioon on väga kooskõlas AIMD simulatsiooniga radiaalse jaotuse funktsiooni ja dünaamilise tiheduse testiga. MD-veesüsteemi MD simulatsiooni tulemused näitavad, et mida paksem on veekiht, seda vertikaalsemad vesiniksidemed veemolekulide ühiku kohta, seda piiratum veemolekulide liikumine mxeeni alusele, mille tulemuseks on keskmine kaugus suurenemine Üleminekumetalli aatomite ja vees olevate hapnikuaatomite vahel ning Mxenide oksüdatsiooni kiirus väheneb veekihi paksuse suurenemisega. Samal ajal vabastab mxeenide oksüdeerimine vabad prootod, mis moodustab tüüpilise veega protoni, sidudes sellega veemolekulide liikumist, muutes mkseenide oksüdatsiooni kiiruse vähenedes aja suurenemisega. Erinevat tüüpi üleminekumetalli aatomite ja hapnikuaatomite keskmine kaugus vees, samuti veemolekulide füüsilise adsorptsiooni tõenäosus mxeenide aluspinnal näitavad oksiidi kaitsekihi olemasolu mxeenide pinnal.

Need olulised leiud pakuvad teoreetilisi juhiseid väga stabiilsete mxeenide materjalide sünteesi kohta.