維生素C是保護(hù)令人興奮的新納米材料的關(guān)鍵

在一項可能為未來應(yīng)用的新型納米材料MXenes(發(fā)音為“Maxines”)打開大門的工作中，得克薩斯A&M大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種簡單，廉價的方法來防止材料快速降解。

二維MXene納米片在從儲能到水凈化的應(yīng)用中具有前景。然而，MXenes有一個跟腱：它們在開放時會迅速降解。

根據(jù)德克薩斯A&M團(tuán)隊的說法，這個問題的解決方案涉及將MXenes暴露于一系列化合物中，這些化合物最好由天然膳食補(bǔ)充劑如維生素C代表。

“通過這些發(fā)現(xiàn)，貨架穩(wěn)定的MXenes成為可能，基于工程級MXene的材料可以成為現(xiàn)實，”研究人員在即將發(fā)行的在線期刊Matter的一篇論文中寫道。

有趣的財產(chǎn)

MXenes是由Drexel大學(xué)的一個團(tuán)隊于2011年發(fā)現(xiàn)的，它是一些材料，只有幾個原子厚，主要由金屬層組成，如鈦和/或氮交錯的金屬。

由于它們的納米厚度和各種元素，它們可以由(其他納米材料，如石墨烯僅含碳)組成，“這些材料往往具有非常有趣的特性，如高導(dǎo)電性和高催化活性，”Micah Green博士說。他是一名副教授，領(lǐng)導(dǎo)這項工作，并在德克薩斯A&M的Artie McFerrin化學(xué)工程系和材料科學(xué)與工程系擔(dān)任聯(lián)合任命。

由于這些屬性，MXenes在研究界引起了極大的興趣和熱情，從電池到電子傳感器等各種應(yīng)用都有潛在的應(yīng)用。

“但是在背景中潛伏著一個問題，”格林說。MXenes快速降解或氧化。“它們分崩離析，不再是納米片。這種情況發(fā)生在幾天之內(nèi)。”

雖然其他研究人員發(fā)現(xiàn)干燥或冷凍MXenes等技術(shù)可以延緩其降解，“他們?nèi)匀徊粫掷m(xù)多年，”他說。“沒有人想要一種不具有長保質(zhì)期的材料。”

Texas A&M通過跨學(xué)科的納米材料，陶瓷和聚合物專家團(tuán)隊解決了這個問題。

其他教職員工參與工作是Miladin Radovic博士，教授，材料科學(xué)與工程系，和朱迪博士Lutkenhaus，材料科學(xué)與工程與化學(xué)工程系系副教授。

該團(tuán)隊最終發(fā)現(xiàn)，將典型的MXene暴露于L-抗壞血酸鈉溶液可阻止納米片降解。此外，一些相關(guān)化合物，包括維生素C，也起作用。根據(jù)格林的說法，效果持續(xù)。他還指出，該團(tuán)隊在一年前就做出了這一發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過處理的MXenes仍然穩(wěn)定。

為了進(jìn)一步研究導(dǎo)致穩(wěn)定性提高的現(xiàn)象，該團(tuán)隊完成了MXenes與抗氧化劑之間相互作用的分子動力學(xué)模擬。他們發(fā)現(xiàn)抗壞血酸分子似乎與MXene納米片相關(guān)聯(lián)，阻止它與水分子相互作用，從而防止其氧化。

該團(tuán)隊很興奮，因為他們的“方法似乎適用于各種不同的MXenes，”格林說。該物質(zhì)本文的重點是最常見的MXene(Ti3C2Tx)，但其他類型MXenes的是更不穩(wěn)定。以至于“人們懷疑這些材料是否能夠找到應(yīng)用。使用這種技術(shù)，這可能會改變。”研究人員目前正在使用相同的方法探索這些額外MXenes的穩(wěn)定性。

“我們希望所有在MXenes工作的人，包括工業(yè)界人士，都會使用我們的技術(shù)來保護(hù)他們的材料，”格林說。

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