לראשונה, החוקרים צמצמו את הקינטיקה של חמצון MXENES בסולם האטומי

כותרת המקור: החוקרים לראשונה מהפחתת הקנה המידה האטומי של קינטיקה של חמצון MXENES

לאחרונה צוות של פרופסור חבר מנג שינג, מעבדה מרכזית בפיזיקה וטכנולוגיה חדשה של סוללות של משרד החינוך, המכללה לפיזיקה, אוניברסיטת ג'ילין, התקדם חשוב בחישוב התיאורטי של התנהגות החמצון של קרבידס מתכת דו-ממדי. /ניטרידס/פחמן ניטרידס (MXENES) והתוצאות הרלוונטיות פורסמו באופן מקוון בכימיה הגרמנית המיושמת ב- 14 ביוני 2023.

בגלל המוליכות הגבוהה והקבוצות הפונקציונליות העשירות שלה, Mxenes נמצא בשימוש נרחב באנרגיה, מכשירים אלקטרוניים, ביו -רפואה ושדות אחרים. עם זאת, Mxenes מתפרק בקלות לתחמוצות מתכת מעבר בסביבות רטובות או פתרונות מימיים, המגביל את יישומה בשדות שונים. לכן, כיצד לסנתז חומרי mxenes עם יציבות כימית גבוהה היא בעיה מדעית מרכזית שיש לפתור בדחיפות.

במחקר, צוות המחקר של מנג ערך מחקר חישוב תיאורטי מעמיק על התנהגות החמצון של מערכת MXENES-WATER של סופר-גדול. על ידי שילוב למידת מכונה עם חישובי עקרונות ראשונים, החוקרים השיגו הדמיות דינמיקה מולקולרית ננו-שנייה עם דיוק DFT, ולראשונה הפחיתו את התהליך הקינטי של חמצון MXENES מהקנה המידה האטומי, וחשף את אופי הדחיקה האקספוננציאלית של חמצון MXENES שנצפה בניסוי. מנגנון החמצון של מקסנים בסביבה רטובה או תמיסה מימית הובהר.

החוקרים פיתחו פונקציה פוטנציאלית של רשת עצבית עבור מערכת MXENES-WATER, המתפקדת היטב במערכת הבדיקה, עם שגיאות שורש-ממוצע-ריבוע של 2.35MEV/ ATOM לאנרגיה ו- 0.083EV/ A לכוח בהשוואה לחישובי DFT. סימולציה של MD המבוססת על הפונקציה הפוטנציאלית עולה בקנה אחד עם סימולציה של AIMD בפונקציית התפלגות הרדיאלית ובבדיקת המאפיין של הצפיפות הדינמית. תוצאות הסימולציה של MD של מערכת MXENES-WATER מראות שככל ששכבת המים עבה יותר, כך קשרי מימן אנכיים יותר ליחידת מולקולות מים, כך תנועה של מולקולות מים מוגבלות יותר למשטח הבסיס של MXENES, וכתוצאה מכך עלייה במרחק הממוצע הממוצע בין אטומי המתכת המעבר לאטומי החמצן במים, וקצב החמצון של MXENES פוחת עם עליית עובי שכבת המים. במקביל, חמצון MXENES ישחרר פרוטונים חופשיים, אשר ייווצר פרוטון מיובש טיפוסי עם מים, ובכך יכיל את התנועה של מולקולות מים, מה שגורם לקצב החמצון של מקסנים עם עליית הזמן. המרחק הממוצע בין סוגים שונים של אטומי מתכת מעבר ואטומי חמצן במים, כמו גם ההסתברות לספיחה פיזית של מולקולות מים על פני הבסיס של MXENES, מדגימים את קיומה של שכבת הגנה על תחמוצת על משטח MXENES.

ממצאים חשובים אלה מספקים הנחיות תיאורטיות לסינתזה של חומרי mxenes יציבים ביותר.