Por primera vez, los investigadores han reducido la cinética de la oxidación de mxenos a escala atómica

Título de la fuente: Investigadores por primera vez a partir de la reducción de la escala atómica de la cinética de oxidación de Mxenos

Recientemente, el equipo de profesor asociado Meng Xing, Laboratorio clave de New Battery Física y Tecnología del Ministerio de Educación, Facultad de Física de Jilin, ha hecho un progreso importante en el cálculo teórico del comportamiento de oxidación de los carburos metálicos de transición bidimensional. /nitruros/nitruros de carbono (mxenos), y los resultados relevantes se publicaron en línea en la química aplicada alemana el 14 de junio de 2023.

Debido a su alta conductividad y grupos funcionales de superficie ricos, Mxenos se usa ampliamente en energía, dispositivos electrónicos, biomedicina y otros campos. Sin embargo, los mxenos se degradan fácilmente en óxidos de metales de transición en entornos húmedos o soluciones acuosas, lo que limita su aplicación en varios campos. Por lo tanto, cómo sintetizar los materiales de Mxenos con alta estabilidad química es un problema científico clave para resolverse con urgencia.

En el estudio, el equipo de investigación de Meng realizó un estudio de cálculo teórico en profundidad sobre el comportamiento de oxidación del sistema súper grande Mxenes-Water. Al combinar el aprendizaje automático con los cálculos de los primeros principios, los investigadores lograron simulaciones de dinámica molecular de nanosegundos con precisión de DFT, y por primera vez redujeron el proceso cinético de oxidación de mxenos a partir de la escala atómica, revelando la naturaleza de la desintegración exponencial de los mxenos observados observados experimentalmente. Se dilucidó el mecanismo de oxidación de los mxenos en el entorno húmedo o la solución acuosa.

Los investigadores desarrollaron una función potencial de red neuronal para el sistema Mxenes-Water, que funciona bien en el conjunto de pruebas, con errores de raíz cuadrados de 2.35 mEV/ átomo para energía y 0.083EV/ A para la fuerza en comparación con los cálculos de DFT. La simulación MD basada en la función potencial es muy consistente con la simulación AIMD en la función de distribución radial y la prueba de propiedad de densidad dinámica. Los resultados de la simulación MD del sistema Mxenos-Water muestran que cuanto más gruesa es la capa de agua, los enlaces de hidrógeno más verticales por unidad de moléculas de agua, más limitado es el movimiento de las moléculas de agua a la superficie base de mxenos, lo que resulta en un aumento en la distancia promedio de la distancia promedio Entre los átomos de metales de transición y los átomos de oxígeno en el agua, y la tasa de oxidación de mxenos disminuye con el aumento del grosor de la capa de agua. Al mismo tiempo, la oxidación de mxenos liberará protones libres, lo que formará un protón hidratado típico con agua, uniendo así el movimiento de las moléculas de agua, lo que hace que la tasa de oxidación de mxenos disminuya con el aumento del tiempo. La distancia promedio entre los diferentes tipos de átomos de metal de transición y átomos de oxígeno en el agua, así como la probabilidad de adsorción física de las moléculas de agua en la superficie base de mxenos, demuestran la existencia de una capa protectora de óxido en la superficie de Mxenos.

Estos hallazgos importantes proporcionan orientación teórica para la síntesis de materiales de Mxenes altamente estables.