Вперше дослідники зменшили кінетику окислення MXENES в атомній шкалі
August 08, 2023
Назва джерела: Дослідники вперше від атомного масштабного зменшення кінетики окислення MXENES
Нещодавно команда доцента Менг Сін, ключова лабораторія нової фізики батареї та технологій Міністерства освіти, Коледж фізики, Джилінський університет, досягла важливих прогресів у теоретичному розрахунку поведінки окислення двовимірних карбідів перехідних металів /нітриди/вуглецеві нітриди (mxenes) та відповідні результати були опубліковані в Інтернеті в німецькій прикладній хімії 14 червня 2023 року.
Через свою високу провідність та багаті поверхневі функціональні групи MXENES широко використовується в енергетичних, електронних пристроях, біомедицині та інших галузях. Однак mxenes легко руйнується в оксиди перехідних металів у вологих умовах або водних розчинах, що обмежує його застосування в різних галузях. Тому, як синтезувати матеріали mxenes з високою хімічною стабільністю є ключовою науковою проблемою, яку слід терміново вирішити.
У дослідженні дослідницька група Менга провела поглиблене теоретичне дослідження розрахунку щодо поведінки окислення супер великої системи Mxenes-Water. Поєднуючи машинне навчання з розрахунками перших принципів, дослідники досягли моделювання наносекундної молекулярної динаміки з точністю DFT та вперше знизили кінетичний процес окислення MXENES з атомної шкали, виявляючи природу експоненціального розпаду швидкості окислення Mxenes експериментально. Механізм окислення MXENE у вологих умовах або водному розчині з'ясовано.
Дослідники розробили функцію потенціалу нейронної мережі для системи MXENES-WATER, яка добре працює на тестовому наборі, з помилками середнього квадрата 2,35MEV/ атома для енергії та 0,083EV/ A для сили порівняно з розрахунками DFT. Моделювання MD на основі потенційної функції дуже відповідає моделюванню AIMD у функції радіального розподілу та тесту властивості динамічної щільності. Результати моделювання MD системи Mxenes-Water показують, що чим товстіший шар води, тим більше вертикальних водневих зв’язків на одиницю молекул води, тим більше обмежено рух молекул води до поверхні основи Mxenes, що призводить до збільшення середньої відстані Між атомами перехідного металу та атомами кисню у воді, а швидкість окислення MXENES зменшується зі збільшенням товщини шару води. У той же час, окислення MXENES вивільняє вільні протони, що утворюватиме типовий гідратований протон з водою, тим самим зв'язуючи рух молекул води, роблячи швидкість окислення mxenes зі збільшенням часу. Середня відстань між різними типами атомів перехідних металів та атомами кисню у воді, а також ймовірністю фізичної адсорбції молекул води на поверхні основи Mxenes демонструє існування оксидного захисного шару на поверхні Mxenes.
Ці важливі висновки дають теоретичні вказівки щодо синтезу високо стабільних матеріалів mxenes.
