Ученые Томского политеха нашли простой и эффективный способ повысить стабильность двумерных материалов

 Такая «прививка» позволила увеличить стабильность MXена в четыре раза. При этом сам метод достаточно прост: в отличие от других способов не требует больших затрат энергии или сложного оборудования. Данные исследования опубликованы в журнале 2D Materials (IF: 7,103; Q1).

 

MXены были открыты около десяти лет назад. Это класс двумерных наноматериалов, состоящих из атомов углерода и переходных металлов, например, титана. Они очень тонкие, их толщина равно всего нескольким атомам. MXены обладают уникальными свойствами и рассматриваются в качестве перспективных материалов в самых разных областях, например, для наноэлектроники, расщепления воды для получения водорода.

 

«В применении MXенов две проблемы. Они малостабильны на воздухе, а их значимые технологические свойства сильно зависят от состояния поверхности. То есть свойства определяют химические группы, которые находятся на поверхности. Известные методы модификации поверхности сводятся к реакциям, протекающим при высоких энергиях и температурах. А это всегда сложно и дорого. И мы увидели решение этих проблем в модификации поверхности MXенов с помощью солей иодония. Но была и очевидная для химиков проблема — иодоноиевые соли в обычных условиях не вступают в реакцию с поверхностями», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Павел Постников.

 

Чтобы «заставить» иодониевые соли вступать в нужные реакции на поверхности MXенов, исследователи использовали эффект поверхностного плазмонного резонанса. Этот эффект возникает у поверхности металлов при облучении светом — около поверхности появляются квазичастицы плазмоны.

 

«Сначала мы получили иодониевые соли с группами, обладающими гидрофобными свойствами, то есть отталкивающими воду. Затем в раствор к ним добавили суспензию MXена и направили луч лазера. Это запустило эффект плазмонного резонанса, необходимый для образования радикалов из иодониевых солей, которые в свою очередь связывались с поверхностью. Вся реакция протекала при комнатной температуре», — поясняет ученый.

 

Чтобы доказать стабильность модифицированного MXена, исследователи выдерживали их в течение недели на воздухе во влажной среде.

 

«По сравнению с исходнымMXеном, наш материал оказался в четыре раза стабильнее. При этом он гидрофобный, — говорит Павел Постников. — Исследование носит фундаментальный характер, мы продемонстрировали принцип, что наш метод работает и дает очень хорошие результаты. В дальнейшем мы намерены его развивать и искать способы придания MXенам конкретных свойств».

 

В число авторов статьи входят также исследователи из Университета химии и технологии Праги, Института физики Чешской академии наук и Карлова университета в Праге. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.

 

Добавим, ранее ученые Томского политеха вместе с коллегами из Китая провели подробный анализ последних данных в области обработки новых двумерных материалов MXенов. Результаты исследования опубликованы в статье в журнале Chemical Engineering Journal.