Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) usaram boro como o elemento X em uma família de materiais chamados fases MAX, para o qual apenas carbono e nitrogênio poderiam ser usados ​​anteriormente. Uma estratégia de busca inteligente permitiu que eles evitassem recorrer a tentativa e erro para projetar este novo material, a partir do qual o TiB em camadas pode ser obtido para aplicações em baterias de íons de lítio ou íon.

Considerando que existem dezenas de elementos na tabela periódica e milhares de combinações possíveis, não é surpresa que os pesquisadores recorram a maneiras engenhosas para prever quais compostos podem ser sintetizados na prática e teriam propriedades favoráveis. Uma classe de materiais úteis é conhecida como "fases MAX". Estes são compostos ternários que consistem em três elementos representados por M, A e X que exibem propriedades cerâmicas e metálicas.

Esses compostos formam estruturas em camadas a partir das quais a "camada A" pode ser gravada, deixando para trás o que é conhecido como MXenes 2-D. MXenes têm atraído muita atenção porque podem assumir várias formas e estruturas e oferecem excelente estabilidade química e mecânica. Isso os torna aplicáveis ​​em uma ampla variedade de campos, como baterias e catálise.

Agora, Os compostos MAX foram limitados ao uso de carbono ou nitrogênio para o elemento X. Uma equipe de pesquisa da Tokyo Tech, liderado pelo Prof. Hideo Hosono, estudou a possibilidade de sintetizar fases MAX compostas de titânio, índio e boro:Ti ₂ Em B ₂ . Motivado pelo fato de que os boretos têm aplicações promissoras em nanoeletrônica, a equipe finalmente procurou sintetizar MXenes baseados em TiB.

Como a síntese direta de TiB em camadas é impossível, a equipe primeiro teve que determinar um elemento A para sintetizar uma fase MAX (ou seja, o elemento do meio em Ti-A-B). Em seguida, eles teriam que encontrar uma maneira de gravar a camada A da fase MAX para obter o cobiçado TiB em camadas. A fim de determinar quais elementos eram adequados para A na fase MAX, eles empregaram uma estratégia inteligente de busca automatizada por meio de cálculos auxiliados por computador. Eles primeiro analisaram as estruturas "binárias" formadas entre cada um dos candidatos para A e TiB ou Ti ₃ B ₄ . Aqueles que se mostraram estáveis ​​foram submetidos a cálculos "ternários" para determinar a estabilidade global do composto ternário.

Uma verificação final com cálculos estruturais de alta precisão foi realizada para os melhores candidatos, que finalmente apontou para Ti ₂ Em B ₂ como a melhor opção. Com esta estratégia, eles reduziram o custo computacional de sua pesquisa e demonstraram uma abordagem inteligente para encontrar os compostos ternários desejados. "Uma estratégia viável para simplificar a busca por compostos ternários com base no conhecimento de domínio disponível está em alta demanda, "explica Hosono.

A equipe demonstrou que Ti ₂ Em B ₂ poderia ser efetivamente sintetizado, e então explorou a possibilidade de remover In da fase MAX para obter a fase MX desejada. Embora a equipe tenha conseguido obter TiB em camadas da fase MAX, sua estrutura não era exatamente compatível com a dos MXenes 2-D existentes. Contudo, ajustando as condições necessárias de sua abordagem, os pesquisadores acreditam que será possível obter TiB MXene no futuro. Assim, eles realizaram uma série de cálculos demonstrando suas propriedades elétricas superiores, sugerindo sua aplicação potencial como um excelente material de ânodo para baterias de íon de lítio ou sódio. "A presente pesquisa irá estender a classe fascinante de fases MAX e MXenes, "conclui Hosono.