Pirmo reizi pētnieki ir samazinājuši mxenes oksidācijas kinētiku atomu skalā

Avota nosaukums: Pētnieki pirmo reizi no mxenes oksidācijas kinētikas atomu skalas samazināšanas

Nesen Jilinas Universitātes Izglītības ministrijas Jauno akumulatoru fizikas un tehnoloģijas galvenās laboratorijas asociētā profesora Meng Xing komanda ir guvusi svarīgu progresu divdimensiju pārejas metāla karbīdu oksidācijas uzvedības teorētiskajā aprēķinā /Nitrīdi/oglekļa nitrīds (MXENES) un attiecīgie rezultāti tika publicēti tiešsaistē vācu lietišķajā ķīmijā 2023. gada 14. jūnijā.

Sakarā ar augsto vadītspēju un bagātīgām virsmas funkcionālajām grupām MXENE tiek plaši izmantota enerģijā, elektroniskajās ierīcēs, biomedicīnā un citos laukos. Tomēr mxenes viegli noārdās pārejas metāla oksīdos mitrā vidē vai ūdens šķīdumos, kas ierobežo tā pielietojumu dažādos laukos. Tāpēc tas, kā sintezēt MXENES materiālus ar augstu ķīmisko stabilitāti, ir galvenā zinātniskā problēma, kas jāatrisina steidzami.

Pētījumā Menga pētījumu grupa veica padziļinātu teorētisko aprēķinu pētījumu par super lielas MXENES-ūdens sistēmas oksidācijas izturēšanos. Apvienojot mašīnmācību ar pirmās principa aprēķiniem, pētnieki sasniedza nanosekundē molekulārās dinamikas simulācijas ar DFT precizitāti un pirmo reizi samazināja MXENS oksidācijas kinētisko procesu no atomu skalas, atklājot novērotās oksidācijas ātruma eksponenciālās samazināšanas raksturu, novērotās eksponenciālās deciskās darbības raksturu. eksperimentāli. Tika noskaidrots mxēnu oksidācijas mehānisms mitrā vidē vai ūdens šķīdumā.

Pētnieki izstrādāja neironu tīkla potenciāla funkciju MXENES-ūdens sistēmai, kas labi darbojas testa komplektā ar vidējo kvadrāta kļūdu 2,35Mev/ atomu enerģijai un 0,083EV/ A spēkam, salīdzinot ar DFT aprēķiniem. MD simulācija, pamatojoties uz potenciālo funkciju, ļoti atbilst AIMD simulācijai radiālā sadalījuma funkcijā un dinamiskā blīvuma īpašības testā. MXENES-ūdens sistēmas MD simulācijas rezultāti parāda, ka, jo biezāks ir ūdens slānis, jo vertikālākas ūdeņraža saites uz ūdens molekulu vienību, jo ierobežotāka ūdens molekulu kustība uz MXENES pamatnes virsmu, kā rezultātā palielinās vidējais attālums Starp pārejas metāla atomiem un skābekļa atomiem ūdenī un MXENE oksidācijas ātrumu samazinās, palielinoties ūdens slāņa biezumam. Tajā pašā laikā mxenes oksidēšana atbrīvos brīvos protonus, kas veidos tipisku hidratētu protonu ar ūdeni, tādējādi saistot ūdens molekulu kustību, palielinot mxēnu oksidācijas ātrumu, palielinoties laika posmam. Vidējais attālums starp dažādiem pārejas metāla atomu un skābekļa atomu veidiem ūdenī, kā arī ūdens molekulu fizikālās adsorbcijas varbūtība uz MXENES pamatnes virsmas, parāda oksīda aizsargājoša slāņa esamību uz mxenes virsmas.

Šie svarīgie atklājumi sniedz teorētiskas norādes ļoti stabilu MXENES materiālu sintēzei.