처음으로 연구원들은 원자 규모로 MXENES 산화의 동역학을 줄였습니다.

출처 제목 : MXENES 산화 동역학의 원자 규모 감소에서 처음으로 연구원

최근 Jilin University의 물리 대학교 교육부의 주요 배터리 물리 및 기술의 주요 실험실 인 Meng Xing 부교수는 2 차원 전이 금속 카바이드의 산화 행동의 이론적 계산에 중요한 진전을 이루었습니다. /질화물/질화물 (MXENES) 및 관련 결과는 2023 년 6 월 14 일 독일 응용 화학에 온라인으로 게시되었습니다.

전도도가 높고 표면 기능 그룹이 풍부하기 때문에 MXENES는 에너지, 전자 장치, 생체 의학 및 기타 분야에 널리 사용됩니다. 그러나, mxenes는 습식 환경 또는 수용액에서 전이 금속 산화물로 쉽게 분해되어 다양한 분야에서의 적용을 제한합니다. 따라서 화학적 안정성이 높은 MXENE 재료를 합성하는 방법은 긴급하게 해결해야 할 주요 과학적 문제입니다.

이 연구에서 Meng의 연구팀은 초대형 mxenes-water 시스템의 산화 거동에 대한 심층적 인 이론적 계산 연구를 수행했습니다. 기계 학습을 첫 번째 원칙 계산과 결합함으로써 연구자들은 DFT 정확도로 나노초 분자 역학 시뮬레이션을 달성했으며, 처음으로 원자 규모로부터 MXENE 산화의 동역학 공정을 감소시켜 관찰 된 MXENES 산화 속도의 지수 부패의 특성을 나타냅니다. 실험적으로. 습식 환경 또는 수용액에서 mxenes의 산화 메커니즘을 설명 하였다.

연구원들은 MXENES-WATER 시스템에 대한 신경망 전위 기능을 개발했는데, 이는 테스트 세트에서 잘 수행되는 루트 평균 오차 오차가 2.35meV/ Atom의 에너지에 대해, DFT 계산에 비해 0.083EV/ A의 힘을 발휘했습니다. 잠재적 기능에 기초한 MD 시뮬레이션은 방사형 분포 함수의 AIMD 시뮬레이션 및 동적 밀도 특성 테스트와 매우 일치합니다. Mxenes-water 시스템의 MD 시뮬레이션 결과는 수층이 더 두껍고 물 분자 단위당 수직 수소 결합이 더 많을수록 물 분자의 MXENES베이스 표면으로의 이동이 더 제한되어 평균 거리가 증가 함을 보여줍니다. 물의 전이 금속 원자와 산소 원자 사이에서 물 층 두께가 증가함에 따라 MXENES 산화 속도는 감소합니다. 동시에, MXENE의 산화는 유리 양성자를 방출하여 전형적인 수화 된 양성자를 물로 형성하여 물 분자의 움직임에 결합하여 MXENE의 산화 속도가 시간 증가에 따라 감소하게 만듭니다. 상이한 유형의 전이 금속 원자와 물의 산소 원자 사이의 평균 거리는 물론 MXENES 염기 표면에서 물 분자의 물리적 흡착 가능성은 mxenes 표면에 산화물 보호 층의 존재를 보여줍니다.

이러한 중요한 발견은 매우 안정적인 mxenes 재료의 합성에 대한 이론적 지침을 제공합니다.