Une nouvelle découverte sur la chimie fondamentale des matériaux bidimensionnels appelée MXenes va changer la façon dont les chercheurs travaillent avec eux, et ouvrir de nouveaux domaines d'applications, selon des chercheurs du Missouri S&T.

Les MXenes sont des céramiques qui constituent l'une des plus grandes familles de matériaux conducteurs 2D. Leur conductivité en fait des candidats pour une utilisation dans le stockage d'énergie, sentir, et optoélectronique. Selon le portail d'information sur les nanosciences Nanowerk, ce qui rend MXenes si intéressant, c'est que les matériaux pourraient consister en n'importe lequel des millions d'arrangements possibles de métaux de transition (comme le molybdène ou le titane), carbone et azote.

Parmi ces myriades d'arrangements potentiels, seules quelques dizaines ont été synthétisées à ce jour. C'est en grande partie parce que le nombre d'approches synthétiques de MXenes est limité par le manque de compréhension des propriétés chimiques des matériaux, dit le Dr Vadym Mochalin, professeur agrégé de chimie au Missouri S&T.

Mochalin et Shuohan Huang, un doctorant en chimie dans le groupe de Mochalin à Missouri S&T, sont les premiers à documenter les produits gazeux des réactions des MXenes en milieu aqueux.

"Nos résultats expérimentaux ouvrent un nouveau domaine de la chimie des carbures et carbonitrures de métaux de transition 2D, " dit Mochalin. " En montrant à quel point la chimie des MXènes peut être comparée à leurs analogues en vrac, nous fournissons des informations essentielles aux chercheurs qui vont désormais concevoir leur synthèse MXene, stratégies de stockage et de traitement différemment."

Mochalin dit que la connaissance de la façon dont les MXènes interagissent avec l'eau est l'une de ses propriétés chimiques fondamentales. Il est important de comprendre dans les applications, en particulier dans la catalyse et la détection où les matériaux seront exposés à l'environnement, il ajoute.

"Les manuels de chimie inorganique enseignent que les carbures de métaux de transition peuvent supporter une exposition à l'eau, ainsi que des acides ou des bases aqueuses, sans réaction dans les conditions ambiantes et sont généralement de bons exemples de matériaux chimiquement stables - ce qui est toujours vrai pour les carbures en vrac, " dit Huang. " Mais depuis que MXenes est devenu disponible en 2011, les chercheurs ont appliqué la même hypothèse aux formes 2-D de ces carbures, ce que nous savons maintenant n'est plus vrai."

Les chercheurs ont utilisé pour la première fois la spectroscopie Raman et la chromatographie en phase gazeuse pour analyser la composition des gaz dégagés lors des réactions du MXene avec l'eau. Leurs conclusions sont publiées dans la revue ACS Nano dans un article intitulé "Comprendre la chimie des carbures et carbonitrures métalliques de transition bidimensionnels (MXenes) avec analyse de gaz".