برای اولین بار ، محققان سینتیک اکسیداسیون mxenes را در مقیاس اتمی کاهش داده اند

عنوان منبع: محققان برای اولین بار از کاهش مقیاس اتمی سینتیک اکسیداسیون mxenes

به تازگی ، تیم دانشیار منگ Xing ، آزمایشگاه کلیدی فیزیک و فناوری جدید باتری وزارت آموزش و پرورش ، دانشکده فیزیک ، دانشگاه جیلین ، پیشرفت مهمی در محاسبه نظری رفتار اکسیداسیون کاربیدهای فلزی انتقال دو بعدی داشته است /نیتریدها/نیتریدهای کربن (MXENES) ، و نتایج مربوطه در تاریخ 14 ژوئن 2023 به صورت آنلاین در شیمی کاربردی آلمانی منتشر شد.

به دلیل هدایت زیاد و گروههای عملکردی سطح غنی ، Mxenes به طور گسترده در انرژی ، دستگاه های الکترونیکی ، زیست پزشکی و سایر زمینه ها استفاده می شود. با این حال ، mxenes به راحتی در محیط های مرطوب یا محلول های آبی به اکسیدهای فلزی انتقال تخریب می شود ، که کاربرد آن را در زمینه های مختلف محدود می کند. بنابراین ، نحوه سنتز مواد MXENES با ثبات شیمیایی بالا یک مشکل علمی کلیدی است که باید فوراً حل شود.

در این مطالعه ، تیم تحقیقاتی منگ یک مطالعه محاسبه نظری عمیق در مورد رفتار اکسیداسیون سیستم فوق العاده Mxenes-Water انجام داد. محققان با ترکیب یادگیری ماشین با محاسبات اصول اول ، شبیه سازی دینامیک مولکولی نانو ثانیه را با دقت DFT به دست آوردند ، و برای اولین بار روند جنبشی اکسیداسیون Mxenes را از مقیاس اتمی کاهش داد ، و ماهیت پوسیدگی نمایی میزان اکسیداسیون Mxenes را مشاهده کرد به صورت تجربی مکانیسم اکسیداسیون mxenes در محیط مرطوب یا محلول آبی مشخص شد.

محققان یک عملکرد بالقوه شبکه عصبی را برای سیستم MXENES-Water ، که عملکرد خوبی در مجموعه آزمایش دارد ، با خطاهای ریشه متوسط ​​2.35mEV/ اتم برای انرژی و 0.083EV/ A برای نیرو در مقایسه با محاسبات DFT ایجاد کردند. شبیه سازی MD بر اساس عملکرد بالقوه با شبیه سازی AIMD در عملکرد توزیع شعاعی و تست خاصیت چگالی پویا بسیار سازگار است. نتایج شبیه سازی MD از سیستم MXENES-Water نشان می دهد که هرچه لایه آب ضخیم تر باشد ، پیوندهای هیدروژن عمودی در واحد مولکول های آب ، حرکت مولکول های آب به سطح پایه Mxenes محدودتر می شود و در نتیجه افزایش فاصله متوسط ​​می شود بین اتم های فلزی انتقال و اتم های اکسیژن موجود در آب ، و میزان اکسیداسیون Mxenes با افزایش ضخامت لایه آب کاهش می یابد. در عین حال ، اکسیداسیون mxenes پروتون های آزاد آزاد می شود ، که یک پروتون هیدراته معمولی با آب تشکیل می شود ، بنابراین حرکت مولکول های آب را به هم متصل می کند و باعث می شود میزان اکسیداسیون mxenes با افزایش زمان کاهش یابد. فاصله متوسط ​​بین انواع مختلف اتم های فلزی انتقال و اتم های اکسیژن در آب و همچنین احتمال جذب فیزیکی مولکول های آب بر روی سطح پایه MXENES ، وجود یک لایه محافظ اکسید بر روی سطح Mxenes را نشان می دهد.

این یافته های مهم راهنمایی نظری را برای سنتز مواد MXENES بسیار پایدار ارائه می دهد.