Dans des travaux qui pourraient ouvrir une vanne d'applications futures pour une nouvelle classe de nanomatériaux connus sous le nom de MXenes (prononcé "Maxines"), des chercheurs de la Texas A&M University ont découvert une méthode simple, moyen peu coûteux d'empêcher la dégradation rapide des matériaux.

Les nanofeuillets MXene bidimensionnels sont prometteurs dans des applications allant du stockage d'énergie à la purification de l'eau. Cependant, Les MXenes ont un talon d'Achille :ils se dégradent rapidement lorsqu'ils sont maintenus à l'air libre.

Selon l'équipe Texas A&M, la solution à ce problème consiste à exposer les MXenes à tout élément d'une famille de composés mieux représentés par un complément alimentaire naturel tel que la vitamine C.

"Avec ces découvertes, les MXenes stables au stockage deviennent possibles et les matériaux à base de MXene de qualité technique peuvent devenir une réalité pratique, " les chercheurs ont écrit dans un article pour le prochain numéro de la revue en ligne Question .

Propriétés intéressantes

Découvert en 2011 par une équipe de l'Université Drexel, Les MXènes sont des feuilles de matériaux de seulement quelques atomes d'épaisseur qui sont principalement composées de couches de métaux comme le titane entrelacées de carbone et/ou d'azote.

En raison de leur nanoépaisseur et de la variété des éléments dont ils peuvent être composés (d'autres nanomatériaux comme le graphène ne contiennent que du carbone), "ces matériaux ont tendance à avoir des propriétés vraiment intéressantes, comme une conductivité électrique élevée et une activité catalytique élevée, " a déclaré le Dr Micah Green, un professeur agrégé qui a dirigé les travaux et a des nominations conjointes au département de génie chimique Artie McFerrin et au département de science et génie des matériaux de Texas A&M.

En raison de ces propriétés, MXenes a suscité beaucoup d'intérêt et d'enthousiasme dans la communauté de la recherche avec des applications potentielles dans tous les domaines, des batteries aux capteurs électroniques.

"Mais il y a eu un problème caché en arrière-plan, " dit Green. Les MXènes se dégradent, ou s'oxyder, vite. "Ils s'effondrent et cessent d'être des nanofeuillets. Cela se produit en quelques jours."

Bien que d'autres chercheurs aient découvert que des techniques telles que le séchage ou la congélation des MXènes peuvent retarder leur dégradation, "Ils ne vont toujours pas durer des années, " at-il dit. " Et personne ne veut un matériau qui n'a pas une longue durée de vie. "

Texas A&M a abordé le problème grâce à une équipe interdisciplinaire d'experts en nanomatériaux, céramiques et polymères.

Les autres membres du corps professoral impliqués dans le travail sont le Dr Miladin Radovic, professeur au Département de science et génie des matériaux, et le Dr Jodie Lutkenhaus, professeur agrégé au Département de science et génie des matériaux et au Département de génie chimique.

Vers une solution

L'équipe a finalement découvert que l'exposition d'un MXene typique à une solution de L-ascorbate de sodium empêchait la nanofeuille de se dégrader. Plus, plusieurs composés apparentés, dont la vitamine C, fonctionnait aussi. Selon Green, l'effet dure. Il a également noté que l'équipe a fait la découverte il y a environ un an et que les MXènes traités sont toujours stables.

Pour étudier plus avant le phénomène conduisant à l'amélioration de la stabilité, l'équipe a réalisé des simulations de dynamique moléculaire des interactions entre les MXènes et les antioxydants. Ils ont découvert que les molécules d'ascorbate semblent s'associer à la nanofeuillet MXene, l'empêchant d'interagir avec les molécules d'eau et, par conséquent, le protégeant de l'oxydation.

L'équipe est ravie car sa "méthode semble fonctionner avec une variété de MXenes différents, " dit Green. Le Question l'article se concentre sur le MXene le plus courant (Ti3C2Tx), mais d'autres types de MXenes sont encore plus instables. A tel point que « les gens ont douté que ces matériaux puissent jamais trouver des applications. Avec cette technique, cela pourrait changer. » Les chercheurs explorent actuellement la stabilité de ces MXenes supplémentaires en utilisant la même approche.

"Notre espoir est que tous ceux qui travaillent sur MXenes, y compris les gens de l'industrie, utiliseront notre technique pour protéger leurs matériaux, " dit Vert.