Pirmą kartą tyrėjai sumažino MXENES oksidacijos kinetiką atominiu mastu

Šaltinio pavadinimas: MXENES oksidacijos kinetika pirmą kartą tyrėjai pirmą kartą sumažėjus atominei skalei

Neseniai Jilino universiteto Fizikos kolegijos naujos akumuliatorių fizikos ir technologijos docentas Meng Xing komanda, Jilino universiteto Fizikos koledžo Švietimo ministerijos technologijos /nitridai/anglies nitridai (MXENE), o atitinkami rezultatai buvo paskelbti internete „Vokietijos taikomosios chemijos“ chemijoje 2023 m. Birželio 14 d.

Dėl didelio laidumo ir turtingų paviršiaus funkcinių grupių MXENES plačiai naudojamas energijos, elektroniniuose prietaisuose, biomedicinos ir kitų laukų srityse. Tačiau „Mxenes“ lengvai skaidosi į pereinamuosius metalo oksidus drėgnoje aplinkoje ar vandeniniuose tirpaluose, o tai riboja jo taikymą įvairiose srityse. Todėl, kaip sintetinti MXENES medžiagas, turinčias didelį cheminį stabilumą, yra pagrindinė mokslinė problema, kurią reikia skubiai išspręsti.

Tyrimo metu Mengo tyrimų komanda atliko išsamų teorinį skaičiavimo tyrimą apie ypač didelės MXENES-vandens sistemos oksidacijos elgseną. By combining machine learning with first-principles calculations, the researchers achieved nanosecond molecular dynamics simulations with DFT accuracy, and for the first time reduced the kinetic process of MXenes oxidation from the atomic scale, revealing the nature of the exponential decay of MXenes oxidation rate observed eksperimentiškai. Buvo išaiškintas Mxenų oksidacijos mechanizmas drėgnoje aplinkoje arba vandeninis tirpalas.

Tyrėjai sukūrė neuroninio tinklo potencialo funkciją „Mxenes-Water“ sistemai, kuri gerai atlieka bandymų rinkinį, o šaknies vidurkio kvadrato paklaidos yra 2,35MEV/ atomo energijai ir 0,083EV/ A jėgai, palyginti su DFT skaičiavimais. MD modeliavimas, pagrįstas potencialia funkcija, labai atitinka AIMD modeliavimą radialinio pasiskirstymo funkcijoje ir dinaminio tankio savybės testą. MD MXENES-VIETOS SISTEMOS MD modeliavimo rezultatai rodo, kad kuo storesnis vandens sluoksnis, tuo vertikalesni vandenilio jungtys vandens molekulių vienetui, tuo labiau ribotas vandens molekulių judėjimas prie Mxenes bazinio paviršiaus, todėl padidėja vidutinis atstumas. Tarp pereinamojo metalo atomų ir deguonies atomų vandenyje, o MXENES oksidacijos greitis mažėja padidėjus vandens sluoksnio storiui. Tuo pačiu metu MXENE oksidacija išlaisvins laisvus protonus, kurie sudarys tipišką hidratuotą protoną su vandeniu, taip surišdamas vandens molekulių judėjimą, todėl Mxenų oksidacijos greitis sumažėja didėjant laikui. Vidutinis atstumas tarp skirtingų tipų pereinamųjų metalų ir deguonies atomų vandenyje, taip pat vandens molekulių fizinės adsorbcijos tikimybė ant Mxenes bazinio paviršiaus, parodo oksido apsauginio sluoksnio egzistavimą ant MXENES paviršiaus.

Šios svarbios išvados pateikia teorines labai stabilių MXENES medžiagų sintezės rekomendacijas.