A condutividade metálica e a hidrofilicidade dos MXenes os estabeleceram como eletrodos em baterias recarregáveis ​​e supercapacitores, bem como outros aplicativos, incluindo terapia fototérmica do câncer, blindagem eletromagnética, purificação de água e detecção de gás. No jornal Angewandte Chemie , pesquisadores agora introduziram um novo método de produção. Em vez de usar o convencional, ainda mais caro, carboneto de titânio e alumínio, eles gravam silício seletivamente a partir de carboneto de silício de titânio, um precursor mais barato e comum, para sintetizar carboneto de titânio.

Materiais bidimensionais, consistindo em camadas extremamente finas com alguns átomos de espessura, têm propriedades exclusivas que são completamente diferentes das versões tridimensionais normais. Um exemplo importante disso é o grafeno, que é feito de camadas simples de átomos de carbono. Em 2011, uma nova classe de materiais bidimensionais foi sintetizada na Drexel University na Filadélfia (Pensilvânia, EUA). Conhecido como MXenes, os materiais são feitos de carbonetos e nitretos de metais de transição, onde o M representa um metal de transição, como titânio, vanádio, ou molibdênio, X pode ser carbono e / ou nitrogênio, e muitas composições estão disponíveis (cerca de 30 já foram demonstradas experimentalmente e outras dezenas são esperadas). Um desses MXene é o carboneto de titânio, Ti ₃ C ₂ .

A obtenção do MXene desejado geralmente envolve um processo indireto:carbonetos e nitretos em camadas, conhecido como fases MAX, são atacados seletivamente com ácido fluorídrico para remover as camadas do elemento "A", que é um elemento do grupo 13 ou 14, como alumínio, silício, ou germânio. Desta maneira, carboneto de titânio pode ser obtido por corrosão do alumínio a partir de carboneto de alumínio titânio (Ti ₃ AlC ₂ ) Contudo, este material inicial é caro, e a produção é complexa. Em contraste, o análogo de silício, carboneto de silício de titânio (Ti ₃ SiC ₂ ), está disponível comercialmente e é mais barato. Ti ₃ SiC ₂ foi a primeira fase MAX que os pesquisadores do Drexel tentaram gravar seletivamente em 2011, mas a síntese falhou usando ácido fluorídrico sozinho porque os átomos de silício estão fortemente ligados aos átomos de metal de transição adjacentes.

Uma equipe liderada por Yury Gogotsi na Drexel University desenvolveu agora uma variação bem-sucedida desse processo. Ao adicionar um agente oxidante, os pesquisadores podem enfraquecer as ligações de silício e oxidar o silício. Usando misturas de ácido fluorídrico e um agente oxidante como o ácido nítrico, peróxido de hidrogênio, ou permanganato de potássio, a equipe produziu carboneto de titânio MXene removendo seletivamente o silício do Ti ₃ SiC ₂ .

O processo de corrosão deixa para trás pilhas de carboneto de titânio, que pode ser delaminado para formar flocos, que têm aproximadamente 1 nanômetro de espessura. Os pesquisadores usaram este método para tornar flexível, filmes de carboneto de titânio eletricamente condutores em uma escala relativamente grande.

Este novo método pode tornar a produção de MXenes mais fácil, e abrir caminhos para a produção de novos MXenes e materiais bidimensionais relacionados a partir de precursores contendo silício, expandindo a família de nanofolhas 2-D disponíveis para cientistas e engenheiros.