Για πρώτη φορά, οι ερευνητές έχουν μειώσει την κινητική της οξείδωσης Mxenes στην ατομική κλίμακα

Τίτλος προέλευσης: Οι ερευνητές για πρώτη φορά από την ατομική μείωση της κινητικής οξείδωσης Mxenes

Πρόσφατα, η ομάδα του αναπληρωτή καθηγητή Meng Xing, βασικού εργαστηρίου της νέας φυσικής και της τεχνολογίας του Υπουργείου Παιδείας, College of Physics, Πανεπιστήμιο Jilin, έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στον θεωρητικό υπολογισμό της συμπεριφοράς οξείδωσης των δισδιάστατων μεταβατικών μεταλλικών καρβίδων /νιτρίδια/νιτρίδια άνθρακα (MXENES) και τα σχετικά αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν στο διαδίκτυο στη γερμανική εφαρμοσμένη χημεία στις 14 Ιουνίου 2023.

Λόγω της υψηλής αγωγιμότητας και των πλούσιων επιφανειακών λειτουργικών ομάδων, τα Mxenes χρησιμοποιούνται ευρέως σε ενέργεια, ηλεκτρονικές συσκευές, βιοϊατρική και άλλα πεδία. Ωστόσο, τα Mxenes αποικοδομούνται εύκολα σε οξείδια μετάλλων μετάλλων σε υγρά περιβάλλοντα ή υδατικά διαλύματα, τα οποία περιορίζουν την εφαρμογή του σε διάφορους τομείς. Επομένως, ο τρόπος συνθέσεως υλικών Mxenes με υψηλή χημική σταθερότητα είναι ένα βασικό επιστημονικό πρόβλημα που πρέπει να επιλυθεί επειγόντως.

Στη μελέτη, η ερευνητική ομάδα του Meng διεξήγαγε μια σε βάθος θεωρητική μελέτη υπολογισμού σχετικά με τη συμπεριφορά οξείδωσης του υπερ-μεγάλου συστήματος Mxenes-Water. Συνδυάζοντας τη μηχανική μάθηση με τους υπολογισμούς πρώτων αρχών, οι ερευνητές πέτυχαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής νανοδευτερόλεπτα με ακρίβεια DFT και για πρώτη φορά μείωσαν την κινητική διαδικασία της οξείδωσης των ΜΧΕΝΕ από την ατομική κλίμακα, αποκαλύπτοντας τη φύση της εκθετικής αποσύνθεσης της οξείδωσης του οξειδωμού που παρατηρήθηκε πειραματικά. Ο μηχανισμός οξείδωσης των ΜΧΕΝΕΩΝ σε υγρό περιβάλλον ή υδατικό διάλυμα διασαφηνίστηκε.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν μια λειτουργία δυναμικού νευρικού δικτύου για το σύστημα MXENES-WATER, το οποίο εκτελεί καλά στο σετ δοκιμών, με σφάλματα ριζών-τετραγωνικών τετραγωνικών ριζών 2,35mev/ ατόμου για ενέργεια και 0,083EV/ A για δύναμη σε σύγκριση με τους υπολογισμούς DFT. Η προσομοίωση MD που βασίζεται στην πιθανή λειτουργία είναι ιδιαίτερα συνεπής με την προσομοίωση AIMD στη λειτουργία ακτινικής κατανομής και τη δοκιμή ιδιοτήτων δυναμικής πυκνότητας. Τα αποτελέσματα προσομοίωσης MD του συστήματος Mxenes-Water δείχνουν ότι το παχύτερο στρώμα νερού, τόσο πιο κατακόρυφοι δεσμοί υδρογόνου ανά μονάδα μορίων νερού, τόσο πιο περιορισμένη είναι η κίνηση των μορίων νερού στην επιφάνεια βάσης Mxenes, με αποτέλεσμα την αύξηση της μέσης απόστασης Μεταξύ των ατόμων μετάβασης και των ατόμων οξυγόνου στο νερό και ο ρυθμός οξείδωσης Mxenes μειώνεται με την αύξηση του πάχους του στρώματος του νερού. Ταυτόχρονα, η οξείδωση των Mxenes θα απελευθερώσει ελεύθερα πρωτόνια, τα οποία θα σχηματίσουν ένα τυπικό ενυδατωμένο πρωτόνιο με νερό, δεσμεύοντας έτσι την κίνηση των μορίων του νερού, καθιστώντας τον ρυθμό οξείδωσης των ΜΧαινών να μειωθεί με την αύξηση του χρόνου. Η μέση απόσταση μεταξύ διαφορετικών τύπων ατόμων μετάβασης μετάλλων και ατόμων οξυγόνου στο νερό, καθώς και η πιθανότητα φυσικής προσρόφησης των μορίων νερού στην επιφάνεια βάσης Mxenes, αποδεικνύουν την ύπαρξη ενός προστατευτικού στρώματος οξειδίου στην επιφάνεια των ΜΧΕΝΕ.

Αυτά τα σημαντικά ευρήματα παρέχουν θεωρητική καθοδήγηση για τη σύνθεση των εξαιρετικά σταθερών υλικών Mxenes.