Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã giảm động học của quá trình oxy hóa MXenes ở quy mô nguyên tử

Tiêu đề nguồn: Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên từ việc giảm quy mô nguyên tử của động học oxy hóa MXenes

Gần đây, nhóm Phó Giáo sư Meng Xing, Phòng thí nghiệm quan trọng về Vật lý và Công nghệ Pin mới của Bộ Giáo dục, Đại học Vật lý, Đại học Jilin, đã đạt được tiến bộ quan trọng trong việc tính toán lý thuyết về hành vi oxy hóa của các cacbua kim loại chuyển tiếp hai chiều hai chiều .

Do độ dẫn cao và các nhóm chức năng bề mặt phong phú của nó, MXenes được sử dụng rộng rãi trong năng lượng, thiết bị điện tử, y sinh và các trường khác. Tuy nhiên, MXenes dễ dàng biến thành các oxit kim loại chuyển tiếp trong môi trường ướt hoặc dung dịch nước, điều này hạn chế ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau. Do đó, làm thế nào để tổng hợp các vật liệu MXenes có độ ổn định hóa học cao là một vấn đề khoa học quan trọng cần được giải quyết khẩn cấp.

Trong nghiên cứu, nhóm nghiên cứu của MEng đã thực hiện một nghiên cứu tính toán lý thuyết chuyên sâu về hành vi oxy hóa của hệ thống nước-nước siêu lớn. Bằng cách kết hợp việc học máy với các tính toán nguyên tắc đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã đạt được mô phỏng động lực phân tử nano giây với độ chính xác DFT và lần đầu tiên làm giảm quá trình động học của quá trình oxy hóa MXENE từ thang đo nguyên tử, tiết lộ bản chất của tốc độ oxy hóa MXENES theo cấp số nhân được quan sát thực nghiệm. Cơ chế oxy hóa của Mxen trong môi trường ướt hoặc dung dịch nước đã được làm sáng tỏ.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một chức năng tiềm năng mạng thần kinh cho hệ thống MXenes-nước, hoạt động tốt trên bộ thử nghiệm, với các lỗi bình phương trung bình là 2,35mev/ nguyên tử đối với năng lượng và 0,083EV/ A cho lực lượng so với tính toán DFT. Mô phỏng MD dựa trên chức năng tiềm năng rất phù hợp với mô phỏng AIMD trong hàm phân phối xuyên tâm và thử nghiệm thuộc tính mật độ động. Kết quả mô phỏng MD của hệ thống mxenes-nước cho thấy lớp nước càng dày, liên kết hydro dọc trên mỗi đơn vị phân tử nước, chuyển động của các phân tử nước với bề mặt cơ sở MXENES càng hạn chế, dẫn đến sự gia tăng khoảng cách trung bình Giữa các nguyên tử kim loại chuyển tiếp và các nguyên tử oxy trong nước và tốc độ oxy hóa MXenes giảm khi tăng độ dày lớp nước. Đồng thời, quá trình oxy hóa MXenes sẽ giải phóng các proton tự do, sẽ tạo thành một proton ngậm nước điển hình với nước, do đó liên kết sự chuyển động của các phân tử nước, làm cho tốc độ oxy hóa của MXEN giảm khi tăng thời gian. Khoảng cách trung bình giữa các loại nguyên tử kim loại chuyển tiếp khác nhau và các nguyên tử oxy trong nước, cũng như xác suất hấp phụ vật lý của các phân tử nước trên bề mặt cơ sở MXenes, cho thấy sự tồn tại của một lớp bảo vệ oxit trên bề mặt MXenes.

Những phát hiện quan trọng này cung cấp hướng dẫn lý thuyết cho việc tổng hợp các vật liệu MXenes ổn định cao.