Pela primeira vez, os pesquisadores reduziram a cinética da oxidação de Mxenos na escala atômica

Título da fonte: Pesquisadores pela primeira vez a partir da redução da escala atômica da cinética de oxidação de Mxenos

Recentemente, a equipe do Professor Associado Meng Xing, Key Laboratory of New Battery Physics e Technology do Ministério da Educação, College of Physics, Universidade de Jilin, fez um progresso importante no cálculo teórico do comportamento de oxidação de carboidratos de metal de transição bidimensional /nitretos/nitretos de carbono (mxenos) e os resultados relevantes foram publicados on -line na química aplicada alemã em 14 de junho de 2023.

Devido à sua alta condutividade e ricos grupos funcionais de superfície, os Mxenos são amplamente utilizados em energia, dispositivos eletrônicos, biomedicina e outros campos. No entanto, os Mxenos se degradam facilmente em óxidos de metais de transição em ambientes úmidos ou soluções aquosas, o que limita sua aplicação em vários campos. Portanto, como sintetizar os materiais Mxenos com alta estabilidade química é um problema científico importante a ser resolvido com urgência.

No estudo, a equipe de pesquisa de Meng conduziu um estudo aprofundado de cálculo teórico sobre o comportamento de oxidação do sistema super grande de mxenos-água. Ao combinar o aprendizado de máquina com os cálculos dos primeiros princípios, os pesquisadores obtiveram simulações de dinâmica molecular de nanossegundos com precisão da DFT e, pela primeira vez, reduziu o processo cinético da oxidação de mxenos da escala atômica, revelando a natureza da decaimento exponencial dos mxenos observados pela taxa de oxidação observada experimentalmente. O mecanismo de oxidação dos mxenos em ambiente úmido ou solução aquosa foi elucidada.

Os pesquisadores desenvolveram uma função de potencial de rede neural para o sistema MXenes-Water, que tem um bom desempenho no conjunto de testes, com erros de raiz quadrada média de 2,35mev/ átomo para energia e 0,083ev/ a para força em comparação com os cálculos de DFT. A simulação de MD com base na função potencial é altamente consistente com a simulação AIMD na função de distribuição radial e no teste de propriedade de densidade dinâmica. Os resultados da simulação de MD do sistema MXenes-Water mostram que quanto mais espessa a camada de água, mais ligações verticais de hidrogênio por unidade de moléculas de água, mais limitada o movimento das moléculas de água na superfície da base de Mxenos, resultando em um aumento na distância média Entre os átomos de metais de transição e os átomos de oxigênio na água, e a taxa de oxidação dos Mxenos diminui com o aumento da espessura da camada de água. Ao mesmo tempo, a oxidação dos Mxenos liberará prótons livres, que formarão um próton hidratado típico com água, ligando o movimento das moléculas de água, fazendo com que a taxa de oxidação dos Mxenos diminua com o aumento do tempo. A distância média entre diferentes tipos de átomos de metais de transição e átomos de oxigênio na água, bem como a probabilidade de adsorção física de moléculas de água na superfície da base de Mxênios, demonstram a existência de uma camada protetora de óxido na superfície dos mxenos.

Essas descobertas importantes fornecem orientação teórica para a síntese de materiais MXenes altamente estáveis.