Mxenes 2D -materiaalimaailman rajalla

Yury Gogotsin materiaalitieteen ja tekniikan laitos ja AJ Drexel Nanomaterials Institute, Drexel University, Philadelphia, PA 19104, USA: n sähköposti: gogotsi@drexel.edu

Tiivistelmä: 2D -siirtymämetallikarbidien ja nitridien (Mxenes) perhe on laajentunut nopeasti TI3C2: n löytämisen jälkeen vuonna 2011 [1]. Noin 30 erilaista mxeeniä on syntetisoitu, ja lukuisten muiden mxeenien rakenne ja ominaisuudet on ennustettu käyttämällä tiheysfunktionaalisen teorian (DFT) laskelmia [2]. Lisäksi kiinteiden liuosten saatavuus M- ja X-kohdissa, pintapäätteiden hallinta ja tilattujen kaksinkertaisten mxeenien (esim. MO2TIC2) löytäminen tarjoavat mahdollisuuden kymmenien uusien erillisten rakenteiden synteesille. Tämä esitys kuvaa huipputeknistä mxeenien synteesissä. Keskustetaan delaminaatio yksikerroksisiin 2D-hiutaleisiin ja kokoonpanoihin kalvoihin ja 3D-rakenteisiin, samoin kuin niiden ominaisuuksista. MXENES: n synteesirakenteen ja -suhteiden suhteita käsitellään TI3C2: n esimerkissä ja äskettäin kehitetty MXENES. Mxene -perheen monipuolinen kemia tekee niiden ominaisuudet viritettäviksi monille sovelluksille [3]. Happi- tai hydroksyylivalmistetuilla Meneillä, kuten TI3C2O2, on osoitettu olevan redox-kykeneviä siirtymämetallikerroksia pinnalla ja tarjoavan korkean elektronisen johtavuuden yhdistelmän hydrofiilisyydellä sekä nopealla ionisella kuljetuksella [4]. Tämä tekee monien muiden edullisten ominaisuuksien joukossa materiaalista perhettä, joka lupaa ehdokkaita energian varastointiin ja siihen liittyviin sähkökemiallisiin sovelluksiin [5], mutta sovellukset plasmonikoilla, sähkökatalyysissä, biosensorissa, vedenpuhdistuksessa/suolanpoistossa ja muissa aloissa ovat yhtä jännittäviä. Erityisesti mxeenien sähkömagneettista suojausta ja antennisovelluksia käsitellään

Viitteet: [1] M. Naguib, et ai., Kaksiulotteinen nanokiteet Ti3Alc2: n kuorintalla, Advanced Materials, 23, 4248 (2011). [2] X. Xiao, H. Wang, P. Urbankowski, Y. Gogotsi, 2D -materiaalien topokemiallinen synteesi, Chemical Society Reviews, 47 (23) 8744 - 8765 (2018). [3] B. Anasori, M. Lukatskaya, Y. Gogotsi, 2D -metallikarbidit ja nitridit (Mxenes) energian varastointiin, Nature Reviews Materials, 2, 16098 (2017). [4] K. Hantanasirisakul, Y. Gogotsi, 2D -siirtymämetallikarbidien ja nitridien (MXENES) elektroniset ja optiset ominaisuudet, Advanced Materials, 30 (52) 1804779 (2018). [5] X. Wang, et ai., Liuottimien vaikutus latausvarastointiin titaanikarbidin mxeenissä, Nature Energy, 4, 241–248 (2019). Elämäkerta: Dr. Yury Gogotsi on arvostettu yliopistoprofessori ja Charles T. ja Ruth M. Bach Drexelin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan professori. Hän toimii myös AJ Drexel Nanomaterials -instituutin johtajana. Hän sai MS (1984) ja PhD (1986) Kiovan ammattikorkeakoulusta ja DSC -tutkinnon Ukrainan tiedeakatemiasta vuonna 1995. Hänen tutkimusryhmänsä työskentelee 2D -carbidesista, nanorakenteisista hiilihiilistä ja muista nanomateriaaleista energia-, vesi- ja biolääketieteellisiin sovelluksiin. Thomson Reuters/Clarivate Analytics tunnusti hänet erittäin mainittuun tutkijaksi ja viittauksiin (H-Index yli 100). Hän on saanut lukuisia palkintoja tutkimuksestaan, mukaan lukien European Carbon Association -palkinnon, S. Somiya -palkinnon kansainväliseltä Materials Research Societies -yhdistykseltä, Nano Energy Award Elsevier, kansainvälinen nanoteknologiapalkinto (Rusnanoprize), R&D 100 -palkinto R&D -lehdeltä (kahdesti) . Hänet on valittu amerikkalaiseksi tieteen edistymisyhdistykseksi (AAAS), Materials Research Society, American Ceramic Society, sähkökemiallinen yhdistys, Kansainvälinen sähkökemiayhdistys, Royal Society of Chemistry, Nanosmat Society, samoin kuin maailman akateemikko Keramiikan akatemia ja Euroopan tiedeakatemian jäsen. Hän toimi myös MRS: n hallituksessa ja toimii ACS Nanon apulaistoimittajana