Por primeira vez, os investigadores reduciron a cinética da oxidación de Mxenes a escala atómica

Título da fonte: Investigadores por primeira vez desde a redución da escala atómica da cinética de oxidación de Mxenes

Recentemente, o equipo de profesor asociado Meng Xing, laboratorio clave de nova física e tecnoloxía da batería do Ministerio de Educación, College of Physics, Universidade Jilin, avanzou importantes no cálculo teórico do comportamento de oxidación dos carburos metálicos de transición bidimensional /nitridos/nitridos de carbono (Mxenes), e os resultados relevantes publicáronse en liña na química aplicada alemá o 14 de xuño de 2023.

Debido á súa alta condutividade e aos ricos grupos funcionais superficiais, os mxenes son amplamente empregados en enerxía, dispositivos electrónicos, biomedicina e outros campos. Non obstante, os mxenes degradan facilmente en óxidos metálicos de transición en ambientes húmidos ou solucións acuosas, o que limita a súa aplicación en varios campos. Polo tanto, como sintetizar os materiais de Mxenes con alta estabilidade química é un problema científico clave para resolver con urxencia.

No estudo, o equipo de investigación de Meng realizou un estudo de cálculo teórico en profundidade sobre o comportamento de oxidación do sistema de auga de auga moi grande. Combinando a aprendizaxe de máquinas con cálculos de primeiros principios, os investigadores conseguiron simulacións de dinámicas moleculares nanosegundas con precisión DFT, e por primeira vez reduciu o proceso cinético de mxenes a oxidación da escala atómica, revelando a natureza da decadencia exponencial de mxenes Oxidación observada observada observada experimentalmente. Elucidouse o mecanismo de oxidación de mxenos en ambiente húmido ou solución acuosa.

Os investigadores desenvolveron unha función potencial de rede neuronal para o sistema Mxenes-Water, que funciona ben no conxunto de probas, con erros de raíz-cadrado de 2,35Mev/ Atom para enerxía e 0,083EV/ A para a forza en comparación cos cálculos DFT. A simulación MD baseada na función potencial é altamente consistente coa simulación AIMD na función de distribución radial e na proba de propiedade de densidade dinámica. Os resultados de simulación de MD do sistema Mxenes-Water demostran que canto máis grosa sexa a capa de auga, máis enlaces verticais de hidróxeno por unidade de moléculas de auga, máis limitou o movemento das moléculas de auga á superficie base de Mxenes, obtendo un aumento na distancia media a distancia media Entre os átomos de metal de transición e os átomos de osíxeno na auga e a taxa de oxidación de Mxenos diminúe co aumento do grosor da capa de auga. Ao mesmo tempo, a oxidación de mxenos liberará protóns libres, que formará un protón hidratado típico con auga, unindo así o movemento das moléculas de auga, facendo que a taxa de oxidación de mxenes diminúa co aumento do tempo. A distancia media entre diferentes tipos de átomos de metal de transición e átomos de osíxeno na auga, así como a probabilidade de adsorción física de moléculas de auga na superficie base de Mxenos, demostran a existencia dunha capa protectora de óxido na superficie de Mxenes.

Estes resultados importantes proporcionan orientacións teóricas para a síntese de materiais Mxenes altamente estables.