Raziskovalci so prvič zmanjšali kinetiko oksidacije MXENES na atomski lestvici

Naslov vira: Raziskovalci prvič iz atomske lestvice Zmanjšanje kinetike oksidacije MXENES

Pred kratkim je ekipa izrednega profesorja Meng Xing, ključni laboratorij nove baterijske fizike in tehnologije Ministrstva za izobraževanje, Visoka šola za fiziko, Univerza Jilin, dosegla pomemben napredek pri teoretičnem izračunu oksidacijskega vedenja dvodimenzionalnih prehodnih kovinskih karbidov /Nitridi/ogljikovi nitridi (MXENES), ustrezni rezultati pa so bili objavljeni na spletu v nemški uporabni kemiji 14. junija 2023.

MXENES se zaradi svoje visoke prevodnosti in bogatih površinskih funkcionalnih skupin pogosto uporablja v energiji, elektronskih napravah, biomedicini in drugih poljih. Vendar se MXENE zlahka razgradi v prehodne kovinske okside v mokrih okoljih ali vodnih raztopinah, kar omejuje njegovo uporabo na različnih poljih. Zato je, kako sintetizirati materiale MXENES z visoko kemično stabilnostjo, ključni znanstveni problem, ki ga je treba nujno rešiti.

V raziskavi je Mengova raziskovalna skupina izvedla poglobljeno teoretično izračunsko študijo o oksidacijskem obnašanju super velikega sistema MXENES-voda. S kombiniranjem strojnega učenja z izračuni prvega principles so raziskovalci z natančnostjo DFT dosegli simulacije molekulske dinamike nanosekunde in prvič zmanjšali kinetični proces oksidacije MXENES iz atomske lestvice, kar je razkrilo naravo eksponentne propadanja oksidacije Mxenes. eksperimentalno. Razjasnili smo mehanizem oksidacije MXENE v mokrem okolju ali vodni raztopini.

Raziskovalci so razvili funkcijo potenciala nevronskega omrežja za sistem MXENES-voda, ki deluje dobro na testnem nizu, z napakami v koreninskem srednjem kvadratu 2,35meV/ atom za energijo in 0,083EV/ A za silo v primerjavi z izračuni DFT. Simulacija MD, ki temelji na potencialni funkciji, je zelo skladna s simulacijo AIMD v funkciji radialne porazdelitve in testom lastnosti dinamične gostote. Rezultati MD simulacije sistema MXENES-voda kažejo, da kot je debelejša vodna plast, več navpičnih vodikovih vezi na enoto molekul vode, bolj omejeno je gibanje molekul vode na osnovno površino MXENES, kar ima za posledico povečanje povprečne razdalje med atomi prehodne kovine in atomi kisika v vodi, hitrost oksidacije MXENE pa se zmanjša s povečanjem debeline vodne plasti. Obenem bo oksidacija MXENE sprostila proste protone, ki bodo tvorili značilni hidrirani proton z vodo in tako vezali gibanje molekul vode, zaradi česar se bo stopnja oksidacije MXENE zmanjšala s povečanjem časa. Povprečna razdalja med različnimi vrstami atomov prehodnih kovin in kisikovih atomih v vodi, pa tudi verjetnost fizične adsorpcije molekul vode na osnovni površini MXENES, kažejo na obstoj zaščitne plasti oksida na površini MXENES.

Te pomembne ugotovitve zagotavljajo teoretične napotke za sintezo zelo stabilnih MXENES materialov.