Unas tijeras químicas permiten editar la estructura de materiales estratificados

Estrategia de edición estructural de fases MAX y MXenos

03.04.2023 - China

Investigadores dirigidos por el profesor HUANG Qing del Instituto Ningbo de Tecnología e Ingeniería de Materiales (NIMTE) de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con investigadores de EE.UU. y Suecia, han desarrollado una estrategia de edición estructural mediada por tijeras químicas para carburos metálicos de transición estratificados (fases MAX) y sus derivados bidimensionales (2D) (MXenos).

Gracias a esta estrategia, es posible regular con precisión la estructura y la composición elemental de las fases MAX y los MXenos, lo que permite obtener una gran variedad de materiales novedosos de fases MAX y MXenos limitados por las rutas convencionales.

El estudio se publicó en Science.

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Las fases MAX son una familia de carburos o nitruros ternarios nanolaminados que han suscitado gran interés como materiales estructurales de alta temperatura. Las fases MAX presentan una estructura en capas típica en la que las capas MX y A se apilan alternativamente, de modo que las capas atómicas del sitio A pueden grabarse químicamente para obtener sus derivados 2D, los MXenos.

Como uno de los miembros más recientes de la familia de materiales 2D, los MXenos han mostrado un amplio potencial de aplicación en el almacenamiento de energía, el blindaje electromagnético y la catálisis. Sin embargo, el control preciso de la estructura y la composición elemental de las fases MAX/Mxenos sigue siendo un reto importante, lo que limita las aplicaciones funcionales específicas.

En este estudio, los investigadores han propuesto una estrategia de edición estructural mediada por tijeras químicas que puede utilizarse generalmente para el ajuste estructural y composicional de las fases MAX/MXenos, mejorando así la diversidad de las fases MAX/MXenos.

Utilizando sales de Lewis ácidas fundidas y metales reductores como tijeras químicas, se pueden eliminar las capas atómicas del sitio A de las fases MAX y las terminaciones superficiales de los MXenos. A continuación, pueden introducirse en el espacio de intercalación diversas especies huéspedes, como átomos y aniones.

Las transiciones topológicas entre las fases MAX y los MXenos implican cuatro vías de reacción. La exquisita combinación sinérgica de estas cuatro vías de reacción puede enriquecer enormemente las estructuras y la composición elemental de las fases MAX y los MXenos, obteniéndose así una serie de fases MAX con elementos de sitio A tradicionales (Al, Ga, In y Sn) y novedosos (Bi, Sb, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pt, Au, Pd, Ag, Cd y Rh), y MXenos con diversas terminaciones superficiales (-Cl, -Br, -I, -S, -Se, -Te, -P y -Sb).

Curiosamente, también se puede lograr la transición estructural inversa de MXenos 2D a fases MAX 3D. "Esta novedosa estrategia puede aportar nuevas ideas para el diseño estructural de materiales estratificados", afirmó el profesor HUANG.

Esta estrategia de edición estructural mediada por tijeras químicas incorpora los conceptos de síntesis "de arriba abajo" y "de abajo arriba" de los nanomateriales, y facilita la ampliación de las funciones de aplicación de los materiales de fase MAX y MXeno a funciones magnéticas, optoelectrónicas, catalíticas, superconductoras y de otro tipo.

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