<p>經(jīng)濟(jì)的方法創(chuàng)造MXene材料可以實(shí)現(xiàn)新的電子或能源存儲(chǔ)方法</p> <p><br />完美羊角包的秘訣在于層數(shù)&mdash;&mdash;越多層越好，每層都點(diǎn)綴著黃油。類似地，一種有望應(yīng)用于新領(lǐng)域的新材料是由許多極薄的金屬層構(gòu)成的，科學(xué)家可以在這些金屬層之間放入不同的離子，以達(dá)到不同的目的。這使得它們對(duì)未來(lái)的高科技電子產(chǎn)品或能源儲(chǔ)存非常有用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>直到最近，這些被稱為MXenes(發(fā)音為max-eens)的材料都是勞動(dòng)密集型的，就像法國(guó)面包房制作的優(yōu)質(zhì)羊角面包一樣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們的一項(xiàng)新突破表明，如何更快、更容易地制造這些MXenes，同時(shí)產(chǎn)生更少的有毒副產(chǎn)品。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員希望3月24日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的這一發(fā)現(xiàn)將刺激新的創(chuàng)新，并為在日常電子產(chǎn)品和設(shè)備中使用MXenes鋪平道路。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">原子經(jīng)濟(jì)</span></strong></p> <p><br />當(dāng)它們?cè)?011年被發(fā)現(xiàn)時(shí)，MXenes讓許多科學(xué)家非常興奮。通常，當(dāng)你把金或鈦這樣的金屬刮成原子薄的薄片時(shí)，它就不再像金屬了。但是MXenes中異常強(qiáng)的化學(xué)鍵使它們保留了金屬的特殊能力，比如強(qiáng)導(dǎo)電。</p> <p>&nbsp;</p> <p>它們也很容易定制:&ldquo;例如，你可以把離子放在層之間，用它們來(lái)儲(chǔ)存能量。&rdquo;化學(xué)研究生王迪說(shuō)，他是這篇論文的共同第一作者，與博士后學(xué)者周晨坤一起。</p> <p><br />所有這些優(yōu)點(diǎn)使得MXenes在制造新設(shè)備方面非常有用&mdash;&mdash;例如，儲(chǔ)存電力或阻止電磁波干擾。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，我們所知道的制造MXenes的唯一方法涉及幾個(gè)密集的化學(xué)工程步驟，包括在3000華氏度加熱混合物，然后在氫氟酸中浸泡。</p> <p>&nbsp;</p> <p>芝加哥大學(xué)歐內(nèi)斯特&middot;德威特&middot;伯頓杰出服務(wù)化學(xué)教授、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合任命教授、該論文的通訊作者德米特里&middot;塔拉賓解釋說(shuō):&ldquo;如果你在實(shí)驗(yàn)室里制造幾克用于實(shí)驗(yàn)，這是沒(méi)有問(wèn)題的，但如果你想制造大量用于商業(yè)產(chǎn)品，這將成為一個(gè)主要的腐蝕性廢物處理問(wèn)題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了設(shè)計(jì)一種更有效、毒性更小的方法，該團(tuán)隊(duì)使用了化學(xué)原理，特別是&ldquo;原子經(jīng)濟(jì)&rdquo;原理，該原理旨在最大限度地減少反應(yīng)過(guò)程中浪費(fèi)的原子數(shù)量。</p> <p>&nbsp;</p> <p>芝加哥大學(xué)的研究小組發(fā)現(xiàn)了新的化學(xué)反應(yīng)，使科學(xué)家能夠從簡(jiǎn)單而廉價(jià)的前體中制造MXenes，而不使用氫氟酸。它只包括一個(gè)步驟:將幾種化學(xué)物質(zhì)與你想要制造層的金屬混合，然后將混合物加熱到1700華氏度。&ldquo;然后你打開它，它們就在那里，&rdquo;王說(shuō)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種更簡(jiǎn)單、毒性更小的方法為科學(xué)家創(chuàng)造和探索用于不同用途的MXenes新品種開辟了新的途徑，例如不同的金屬合金或不同的離子調(diào)味料。研究小組用鈦和鋯金屬測(cè)試了這種方法，但他們認(rèn)為這種技術(shù)也可以用于許多其他不同的組合。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這些新的mxene在視覺(jué)上也很漂亮，&rdquo;王補(bǔ)充道。&ldquo;它們像花朵一樣豎立起來(lái)，這甚至可能使它們更適合于反應(yīng)，因?yàn)檫吘壉┞对谕?，離子和分子可以在金屬層之間移動(dòng)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究生Wooje Cho也是這篇論文的合著者。這項(xiàng)探索得到了芝加哥大學(xué)各部門同事的幫助，包括理論化學(xué)家Suri Vaikuntanathan, x射線研究設(shè)施主任Alexander Filatov，以及普利茲克分子工程學(xué)院的電化學(xué)家Chong Liu和Mingzhan Wang。電子顯微鏡是由伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校的Robert Klie和Francisco Lagunas進(jìn)行的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>部分研究是由美國(guó)能源部能源前沿研究中心&ldquo;能源-水系統(tǒng)先進(jìn)材料&rdquo;進(jìn)行的;芝加哥大學(xué)材料研究科學(xué)與工程中心;以及阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的納米材料中心。</p> <p>&nbsp;</p> <p>引用本文:&ldquo;二維碳化物和氮化物MXenes的直接合成和化學(xué)氣相沉積。&rdquo;王和周等人，2023年3月24日。</p> <p>&nbsp;</p> <p>基金資助:國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，空軍科學(xué)研究辦公室，美國(guó)能源部，加拿大創(chuàng)新基金會(huì)。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>