Учёные разработали дешёвый метод синтеза перспективных материалов MXene

Исследователи из Чикагского университета, Иллинойсского университета в Чикаго и Университета Вандербильта представили новый, значительно более дешёвый и безопасный способ синтеза двумерных материалов MXene.

Цветное изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает двумерный материал MXene, полученный новым методом. Автор: UChicago Talapin Lab.

Материалы MXene, открытые в 2011 году, обладают огромным потенциалом для создания систем хранения энергии, катализаторов, сверхпрочных композитов и многого другого. Однако их производство до сих пор было сложным, дорогим и опасным, так как требовало использования токсичных веществ, таких как плавиковая кислота.

«Это было приемлемо для ранних исследований в лаборатории, но стало большим препятствием для перехода к крупномасштабному применению», — пояснил профессор Дмитрий Талапин из Чикагского университета.

Новый «восходящий» метод, описанный в журнале Nature Synthesis, предполагает послойный синтез материала из атомов с помощью химического осаждения из паровой фазы. По словам учёных, он позволяет получать MXene как минимум в 100 раз дешевле, чем традиционными способами.

Синтезированный командой MXene на основе циркония, углерода и брома. Автор: UChicago Talapin Lab.

Ключом к открытию стала малоизвестная статья 1986 года, написанная химиком Джоном Корбеттом. Исследователи адаптировали описанные в ней принципы синтеза.

«Это как пытаться вырезать книгу из цельного куска дерева. Наш новый метод создаёт эту книгу так, как и должно быть — страница за страницей», — сравнил соавтор работы профессор Роберт Кли из Иллинойсского университета в Чикаго.

Первые попытки, описанные в 2023 году, давали материал с чистотой не выше 60%. В новой работе команда достигла чистоты в 90%, а также заменила опасный и высокореактивный тетрахлорид титана на стабильный и дешёвый тетрахлорэтилен, который используется, в том числе, для производства кофе без кофеина.

Это открытие прокладывает путь к широкому практическому применению перспективных материалов MXene в промышленности.