MXene и вода: новый способ управления свойствами материалов
Охлаждение MXene с заключённой внутри водой (слева) приводит к образованию аморфных кластеров льда (справа), значительно увеличивая расстояние между слоями MXene, и ранее металлический MXene становится полупроводником. При нагревании кластеры растворяются, расстояние между слоями уменьшается, и образец снова становится металлическим. Автор: HZB
Вода продолжает удивлять учёных. Когда её «запирают» в двухмерном пространстве с помощью специальных материалов, она демонстрирует новые свойства, фазовые переходы и структуры. Класс материалов MXene предоставляет уникальную платформу для изучения подобных явлений. MXene состоят из карбидов и нитридов переходных металлов со слоистой структурой, поверхность которых легко поглощает воду. Вода образует сверхтонкую плёнку между отдельными слоями.
Команда под руководством доктора Тристана Пети (HZB) и Юрия Гогоци (Университет Дрекселя) исследовала серию образцов MXene, содержащих заключённую воду и различные ионы, с использованием различных аналитических методов на синхротроне BESSY II. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Рентгеноструктурный анализ показал образование аморфных кластеров льда в заключённой воде, что увеличивает расстояние между слоями MXene. Ранее металлическая плёнка MXene превращается в полупроводник.
«При нагревании выше 300 K кластеры снова растворяются, восстанавливая расстояние между слоями и их металлические свойства», — объясняет Пети.
Таким образом, переход металл-полупроводник является обратимым, если не удалять водный слой. Дальнейшие исследования с использованием различных методов рентгеновского анализа выявили уникальные особенности в сетях водородных связей воды.
«На следующем этапе нам потребуется компьютерное моделирование, чтобы лучше понять механизм образования аморфного льда и его влияние на электронный транспорт», — говорит Кэтрин Маццио, соавтор исследования.
Она подчёркивает, что MXene идеально подходит для изучения фазовых переходов воды в ограниченном пространстве, что даёт новые представления о поведении воды в наномасштабе. Уже обсуждается использование MXene в материалах для хранения энергии и катализа, а роль заключённой воды в уникальных свойствах MXene для этих применений активно изучается.
Подробнее: Teng Zhang et al, Conductivity hysteresis in MXene driven by structural dynamics of nanoconfined water, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62892-7
0 комментариев