La conductivité métallique et l'hydrophilie des MXenes les ont établis comme électrodes dans les batteries rechargeables et les supercondensateurs, ainsi que d'autres applications, y compris la thérapie photothermique du cancer, blindage électromagnétique, purification de l'eau et détection de gaz. Dans la revue Angewandte Chemie , les chercheurs ont maintenant introduit une nouvelle méthode de production. Au lieu d'utiliser le conventionnel, encore plus cher, carbure d'aluminium de titane, ils gravent sélectivement du silicium à partir de carbure de titane et de silicium, un précurseur moins cher et plus courant, pour synthétiser du carbure de titane.

Matériaux bidimensionnels, constitué de couches extrêmement fines de quelques atomes d'épaisseur, ont des propriétés uniques qui sont complètement différentes des versions tridimensionnelles normales. Un exemple frappant de ceci est le graphène, qui est fait de couches simples d'atomes de carbone. En 2011, une nouvelle classe de matériaux bidimensionnels a été synthétisée à l'Université Drexel de Philadelphie (Pennsylvanie, ETATS-UNIS). Connu sous le nom de MXenes, les matériaux sont en carbures et nitrures de métaux de transition, où le M représente un métal de transition, comme le titane, vanadium, ou molybdène, X peut être du carbone et/ou de l'azote, et de nombreuses compositions sont disponibles (une trentaine a déjà été démontrée expérimentalement et des dizaines d'autres sont attendues). Un tel MXene est le carbure de titane, Ti 3 C 2 .

L'obtention du MXene souhaité implique généralement un processus détourné :Carbures et nitrures en couches, appelées phases MAX, sont gravés sélectivement à l'acide fluorhydrique pour éliminer les couches de l'élément "A", qui est un élément du groupe 13 ou 14 tel que l'aluminium, silicium, ou germanium. De cette façon, le carbure de titane peut être obtenu en décapant l'aluminium à partir de carbure de titane et d'aluminium (Ti 3 AlC 2 ). Cependant, cette matière première est chère, et la fabrication est complexe. En revanche, l'analogue au silicium, carbure de titane et de silicium (Ti 3 SiC 2 ), est disponible dans le commerce et moins cher. Ti 3 SiC 2 a été la première phase MAX que les chercheurs de Drexel ont tenté de graver sélectivement en 2011, mais la synthèse a échoué en utilisant l'acide fluorhydrique seul car les atomes de silicium sont fortement liés aux atomes de métal de transition adjacents.

Une équipe dirigée par Yury Gogotsi à l'Université Drexel a maintenant développé une variante réussie de ce processus. En ajoutant un agent oxydant, les chercheurs pourraient affaiblir les liaisons silicium et oxyder le silicium. En utilisant des mélanges d'acide fluorhydrique et d'un agent oxydant comme l'acide nitrique, peroxyde d'hydrogène, ou permanganate de potassium, l'équipe a produit du carbure de titane MXene en éliminant sélectivement le silicium du Ti 3 SiC 2 .

Le processus de gravure laisse derrière lui des empilements de carbure de titane, qui peut être délaminé pour faire des flocons, qui sont d'environ 1 nanomètre d'épaisseur. Les chercheurs ont utilisé cette méthode pour rendre flexible, des films de carbure de titane électriquement conducteurs à une échelle relativement grande.

Cette nouvelle méthode pourrait faciliter la production de MXenes, et ouvrir des voies vers la production de nouveaux MXènes et de matériaux bidimensionnels associés à partir de précurseurs contenant du silicium, élargir la famille des nanofeuillets 2D disponibles pour les scientifiques et les ingénieurs.