Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat vähentäneet mxeenien hapettumisen kinetiikkaa atomi -asteikolla

Lähteen otsikko: Tutkijat ensimmäistä kertaa mxeenien hapettumiskinetiikan atomi -asteikon vähentämisestä

Äskettäin apulaisprofessori Meng Xingin ryhmä, Jilinin yliopiston opintoministeriön uuden akkufysiikan ja tekniikan keskeinen laboratorio, on edistynyt tärkeänä kaksiulotteisten siirtymäkadiokarbidien hapettumiskäyttäytymisen teoreettisessa laskelmassa /Nitridit/hiiliditridit (MXENES), ja asiaankuuluvat tulokset julkaistiin verkossa saksalaisessa soveltuvan kemian yhteydessä 14. kesäkuuta 2023.

Korkean johtavuutensa ja rikkaiden pintafunktionaalisten ryhmien vuoksi MXENES: tä käytetään laajasti energiassa, elektronisissa laitteissa, biolääketieteissä ja muissa kentissä. Mxeenit kuitenkin hajoavat helposti siirtymämetallioksideiksi märissä ympäristöissä tai vesiliuoksissa, mikä rajoittaa sen käyttöä eri aloilla. Siksi kuinka syntetisoida mxeenimateriaaleja, joilla on korkea kemiallinen stabiilisuus, on keskeinen tieteellinen ongelma, joka ratkaistaan ​​kiireellisesti.

Tutkimuksessa Mengin tutkimusryhmä suoritti perusteellisen teoreettisen laskentatutkimuksen erittäin suuren Mxenes-vesijärjestelmän hapettumiskäyttäytymisestä. Yhdistämällä koneoppimisen ensimmäisen periaatteen laskelmiin tutkijat saavuttivat nanosekunnin molekyylidynamiikan simulaatiot DFT-tarkkuudella ja vähensivät ensimmäistä kertaa mxeenien hapettumisen kineettistä prosessia atomi-asteikosta, paljastaen havaittujen mxeenien eksponentiaalisen hajoamisen luonteen. kokeellisesti. Mxeenien hapetusmekanismi märässä ympäristössä tai vesiliuoksessa selvitettiin.

Tutkijat kehittivät hermoverkkopotentiaalifunktion Mxenes-vesijärjestelmälle, joka toimii hyvin testisarjassa, juuren keskiarvon neliövirheiden ollessa 2,35mev/ atomi energialle ja 0,083eV/ A voimaan verrattuna DFT-laskelmiin. MD -simulaatio potentiaaliseen funktioon perustuva on erittäin yhdenmukainen AIMD -simulaation kanssa säteittäisessä jakautumistoiminnassa ja dynaamisen tiheysominaisuuden testissä. MXENES-vesijärjestelmän MD-simulaatiotulokset osoittavat, että mitä paksumpi vesikerros, sitä pystysuuntaisemmat vety sidokset vesimolekyyliyksikköä kohti, sitä rajoitetaan vesimolekyylien liikkuminen mxeenien pohjapinnalle, mikä johtaa keskimääräisen etäisyyden lisääntymiseen Siirtymämetalliatomien ja vedessä olevien happiatomien välillä ja mxeenien hapettumisnopeus laskee vesikerroksen paksuuden lisääntyessä. Samanaikaisesti mxeenien hapettuminen vapauttaa vapaat protonit, jotka muodostavat tyypillisen hydratoidun protonin vedellä, sitoen siten vesimolekyylien liikkumista, jolloin mxeenien hapettumisnopeus vähenee ajan myötä. Keskimääräinen etäisyys erityyppisten metalliatomien ja veden atomien välillä, samoin kuin mxeenien pohjapinnalla olevien vesimolekyylien fysikaalisen adsorption todennäköisyys osoittaa oksidisuojakerroksen olemassaolon mxeenien pinnalla.

Nämä tärkeät havainnot tarjoavat teoreettisia ohjeita erittäin stabiilien mxeenimateriaalien synteesille.