Dez anos após a produção da primeira amostra da agora amplamente estudada família de nanomateriais, chamado MXenes, Os pesquisadores da Universidade Drexel descobriram uma maneira diferente de fazer o material da espessura de um átomo que apresenta uma série de novas oportunidades para usá-lo. A nova descoberta remove a água do processo de fabricação do MXene, o que significa que os materiais podem ser usados ​​em aplicações em que a água é um contaminante ou prejudica o desempenho, como eletrodos de bateria e células solares de última geração.

A descoberta, que foi relatado recentemente no jornal Chem , oferece uma nova receita para a solução de corrosão química que retira camadas de um material precursor de cerâmica, chamada fase MAX, para criar o material bidimensional em camadas, MXene.

"A água tem sido usada nos processos de fabricação de MXene para diluir o ácido de corrosão e como solvente para neutralizar a reação, mas nem sempre é desejável ter vestígios no produto acabado, "disse Michel Barsoum, Ph.D., Professor ilustre da Faculdade de Engenharia de Drexel. "Trabalhamos há algum tempo para explorar outros condicionadores para a fase P MAX e agora encontramos a combinação certa de produtos químicos para fazer isso."

MXenes ganhou atenção recentemente como um versátil, durável, material condutor que poderia um dia melhorar a tecnologia de armazenamento de energia, permitir têxteis funcionais e melhorar as telecomunicações.

Tipicamente, eles são produzidos usando um ácido concentrado, para retirar camadas atômicas de um material de fase MAX, em seguida, lavado com água - deixando flocos do material em camadas 2-D que podem ser pressionados em filmes finos para microchips e eletrodos de bateria, ou usado para pintar antenas com spray e revestir dispositivos para bloquear a interferência eletromagnética.

O processo relatado por Barsoum e seus colegas usa um solvente orgânico e dihidrogênio fluoreto de amônio - um produto químico comumente usado para gravar vidro - para gravar a fase MAX. Esta solução faz a gravação, em parte porque se decompõe em ácido fluorídrico, mas não requer água para diluí-lo ou para lavar os subprodutos do processo de corrosão.

Fazer MXenes desta forma altera sua estrutura química interior de uma forma que os torna mais adequados para uso em alguns tipos de baterias e células solares - onde a água poderia retardar as reações químicas que armazenam e / ou convertem energia, ou em alguns casos até causar corrosão.

"MXenes mostraram um enorme potencial para melhorar os dispositivos de armazenamento de energia, mas esta descoberta os torna ainda mais promissores, "disse Varun Natu, pesquisador de doutorado na Faculdade de Engenharia de Drexel e primeiro autor do artigo. “Sabe-se que mesmo uma pequena presença de água nas baterias de lítio ou íon sódio com eletrólitos orgânicos, pode ser prejudicial ao seu desempenho. Neste trabalho, mostramos que os filmes de MXene sintetizados em carbonato de propileno - quando testados como anodos em uma bateria de íon de sódio - exibem quase o dobro da capacidade da mesma composição gravada em água. Além disso, MXenes agora pode ser facilmente integrado com materiais que se degradam na água, como certos polímeros, pontos quânticos e perovskitas. "

Além de equipar melhor os MXenes para essas aplicações, e outros ainda a serem explorados, o novo processo também permite que a solução de corrosão seja recuperada e reutilizada. Isso pode ser valioso, pois pesquisadores e empresas procuram a maneira mais eficiente de aumentar a escala do processo de produção.

Pesquisadores envolvidos com este trabalho, incluindo Vibha Kalra, Ph.D., um professor associado da Faculdade de Engenharia, têm explorado maneiras de melhorar o desempenho e a segurança da bateria, desenvolvendo novos tipos de eletrodos. Essa descoberta pode trazer novas opções para esses esforços, bem como o crescimento do corpo de pesquisa MXene da Drexel.

"Essa descoberta abre um enorme novo campo de pesquisa:o ataque químico não aquoso de MXenes. Acreditamos que este trabalho será útil não apenas para a comunidade MXene, mas também para pesquisadores em todo o campo da ciência dos materiais, "Barsoum disse.