Новости

11 октября, 2021 16:30

Ученые нашли простой и эффективный способ повысить стабильность двумерных материалов

Химики Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии разработали новый метод поверхностной модификации MXенов — нового и перспективного семейства наноматериалов — и решили проблему их нестабильности. Им удалось «привить» на поверхность наноматериала гидрофобные органические молекулы с помощью иодониевых солей под действием плазмонного резонанса. Такая «прививка» позволила увеличить стабильность MXена в четыре раза. При этом сам метод достаточно прост и в отличие от других способов не требует больших затрат энергии или сложного оборудования. Данные исследования опубликованы в журнале 2D Materials.
Источник: Пресс-служба ТПУ

MXены были открыты около десяти лет назад. Это класс двумерных наноматериалов, состоящих из атомов углерода и переходных металлов, например, титана. Они очень тонкие, их толщина равна всего нескольким атомам. MXены обладают уникальными свойствами и рассматриваются в качестве перспективных материалов в самых разных областях, например, для наноэлектроники, расщепления воды для получения водорода.

«В применении MXенов две проблемы. Они малостабильны на воздухе, а их значимые технологические свойства сильно зависят от состояния поверхности. То есть свойства определяют химические группы, которые находятся на поверхности. Известные методы модификации поверхности сводятся к реакциям, протекающим при высоких энергиях и температурах. А это всегда сложно и дорого. И мы увидели решение этих проблем в модификации поверхности MXенов с помощью солей иодония. Но была и очевидная для химиков проблема — иодоноиевые соли в обычных условиях не вступают в реакцию с поверхностями», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Павел Постников.

Чтобы «заставить» иодониевые соли вступать в нужные реакции на поверхности MXенов, исследователи использовали эффект поверхностного плазмонного резонанса. Этот эффект возникает у поверхности металлов при облучении светом — около поверхности появляются квазичастицы плазмоны.

«Сначала мы получили иодониевые соли с группами, обладающими гидрофобными свойствами, то есть отталкивающими воду. Затем в раствор к ним добавили суспензию MXена и направили луч лазера. Это запустило эффект плазмонного резонанса, необходимый для образования радикалов из иодониевых солей, которые в свою очередь связывались с поверхностью. Вся реакция протекала при комнатной температуре», — поясняет ученый.

Чтобы доказать стабильность модифицированного MXена, исследователи выдерживали его в течение недели на воздухе во влажной среде.

«По сравнению с исходным MXеном наш материал оказался в четыре раза стабильнее. При этом он гидрофобный, — говорит Павел Постников. — Исследование носит фундаментальный характер, мы продемонстрировали принцип, что наш метод работает и дает очень хорошие результаты. В дальнейшем мы намерены его развивать и искать способы придания MXенам конкретных свойств».

В число авторов статьи входят также исследователи из Университета химии и технологии Праги, Института физики Чешской академии наук и Карлова университета в Праге. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.

Добавим, ранее ученые Томского политеха вместе с коллегами из Китая провели подробный анализ последних данных в области обработки новых двумерных материалов MXенов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.

29 мая, 2023
Создана основа для вязкого прозрачного клея на базе бактериальной целлюлозы
Российские химики создали сверхвязкий энергоемкий гель на базе нитрированной бактериальной целлюло...
26 мая, 2023
Найдена золотая середина между графеном и классическими полупроводниками
Ученые МФТИ создали детектор терагерцового излучения на основе двухслойного графена, обладающий реко...