La réactivité des MXenes vis-à-vis de l'eau est montrée dans cette expérience où un carbure de Ti MXene survit plus longtemps dans un milieu saturé en oxygène, système non aqueux, contrairement au même MXène dispersé dans de l'eau saturée d'argon. Crédit :Shuohan Huang.
Des chercheurs du Missouri S&T ont découvert que les matériaux en carbure de titane bidimensionnel (2-D), ou MXenes, peut réagir avec l'eau sans autre oxydant impliqué. Leur découverte peut conduire à de nouvelles informations sur la chimie inhabituelle de MXenes et par conséquent avoir des impacts sur le stockage et la fabrication d'appareils de MXenes.
Les MXenes sont l'une des plus grandes familles de matériaux 2D. Ce sont des feuilles de quelques atomes d'épaisseur avec les structures des carbures et nitrures de métaux de transition et avec des propriétés distinctives telles qu'une conductivité électrique élevée combinée à leur capacité à se disperser dans l'eau.
Les chercheurs sont enthousiasmés par leur utilisation potentielle dans les applications de stockage et de récolte d'énergie telles que les batteries, supercondensateurs et nanogénérateurs triboélectriques, qui convertissent l'énergie de friction gaspillée en électricité, selon le Dr Vadym Mochalin, professeur agrégé de chimie au Missouri S&T.
« La réactivité des MXenes vis-à-vis de l'eau que nous avons démontrée modifie non seulement la perception commune de la résistance du carbure de titane à l'hydrolyse dans des conditions ambiantes, mais souligne également les différences frappantes dans les propriétés chimiques entre les formes en vrac et 2D du même matériau, " dit Mochalin.
Mochalin et l'auteur principal Shuohan Huang, un doctorant en chimie travaillant dans le groupe de recherche de Mochalin au Missouri S&T, discuter de leurs découvertes dans "Hydrolysis of 2-D Transition–Metal Carbides (MXenes) in Colloidal Solutions, " un article publié aujourd'hui dans la revue American Chemical Society Chimie inorganique .
"Nos nouvelles découvertes sont importantes car nous savons maintenant que c'est de l'eau elle-même plutôt que de l'oxygène dont les MXenes doivent être protégés pendant la fabrication et le stockage, " dit Huang.
Pour arriver à leur conclusion « uniquement de l'eau », Huang et Mochalin ont systématiquement testé l'hydrolyse et la stabilité chimique des MXenes Ti3C2Tx et Ti2CTx dans de l'eau et des solutions colloïdales non aqueuses exposées à des environnements d'oxygène et/ou de gaz inerte dans différentes combinaisons, comme exemple
montré dans l'image.
"Il semble que dans leur état 2-D, les carbures de métaux de transition sont assez réactifs, " dit Mochalin. " Avec notre résultat, nous attendons avec impatience les études de suivi de leur riche chimie dans les réactions avec l'eau et d'autres molécules, y compris les composés organiques, ainsi que des études sur les propriétés catalytiques possibles du MXenes."
