MXene — двумерный наноматериал из титана и углерода, который привлек внимание благодаря своим уникальным свойствам, таким как эффективное экранирование электромагнитных волн, хранение энергии, создание новых сенсоров и применение в качестве высокоэффективных смазок, устойчивых даже к экстремальным условиям, например, в космических технологиях. Сфера двумерных материалов началась с открытия графена и продолжает быстро развиваться, открывая новые возможности для промышленности и науки.
Долгое время MXene производили исключительно с помощью растворения алюминия из многослойных соединений — так называемых MAX-фаз, включающих слои алюминия, титана и углерода. Для этого применяли плавиковую (фтористоводородную) кислоту, которая отличается крайней токсичностью, требует сложного лабораторного оборудования и создает опасные для окружающей среды отходы. Как следствие, компании сталкивались с высокими затратами и рисками, что тормозило внедрение MXene в промышленность.
Исследовательская группа TU Wien (Венский технический университет) совместно с компаниями CEST и AC2T предложила принципиально новый подход к синтезу MXene, полностью отказавшись от ядовитых реагентов. Ключ к успеху — замена химической реакции электрохимическим процессом: вместо кислоты для удаления алюминия из MAX-фазы используется электрический ток.
В ходе новой методики на исходный материал подают короткие, точно дозированные импульсы тока. Это вызывает образование мельчайших пузырьков водорода, которые эффективно очищают и реактивируют поверхность, поддерживая реакцию и повышая выход готового продукта. Такой способ позволяет получать так называемые электрохимические MXene (EC-MXene) высокого качества без опасных веществ.
Результаты анализа полученного материала с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM), сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (SEM, TEM), рамановской спектроскопии, рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и низкоэнергетического ионного рассеяния (LEIS) подтверждают: свойства EC-MXene не уступают материалу, полученному традиционным способом с использованием плавиковой кислоты.
Руководитель направления трибологии в Институте машиностроения и проектирования TU Wien Пьерлуиджи Билотто объясняет: «Для производства MXene сначала нужны так называемые MAX-фазы, в которых алюминий, титан и углерод уложены слоями. Моя цель — сделать синтез MXene максимально простым. Это должно быть возможно в любой кухне. И мы очень близки к этому».
К разработке метода также причастны профессор Карстен Гахот и профессор Маркус Вальтинер (TU Wien), доктор Маркус Остерманн (CEST, Винер-Нойштадт) и Марко Пйливич (AC2T). Результаты исследования опубликованы в журнале Small.
Отказ от опасных кислот и отходов делает промышленное производство MXene не только экономически выгодным, но и экологически безопасным. Благодаря этому нововведению компании получают возможность внедрять инновационные решения на базе MXene в аккумуляторах, сенсорах и смазочных материалах без сложных барьеров и затрат.
Долгое время MXene производили исключительно с помощью растворения алюминия из многослойных соединений — так называемых MAX-фаз, включающих слои алюминия, титана и углерода. Для этого применяли плавиковую (фтористоводородную) кислоту, которая отличается крайней токсичностью, требует сложного лабораторного оборудования и создает опасные для окружающей среды отходы. Как следствие, компании сталкивались с высокими затратами и рисками, что тормозило внедрение MXene в промышленность.
Исследовательская группа TU Wien (Венский технический университет) совместно с компаниями CEST и AC2T предложила принципиально новый подход к синтезу MXene, полностью отказавшись от ядовитых реагентов. Ключ к успеху — замена химической реакции электрохимическим процессом: вместо кислоты для удаления алюминия из MAX-фазы используется электрический ток.
В ходе новой методики на исходный материал подают короткие, точно дозированные импульсы тока. Это вызывает образование мельчайших пузырьков водорода, которые эффективно очищают и реактивируют поверхность, поддерживая реакцию и повышая выход готового продукта. Такой способ позволяет получать так называемые электрохимические MXene (EC-MXene) высокого качества без опасных веществ.
Результаты анализа полученного материала с помощью атомно-силовой микроскопии (AFM), сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии (SEM, TEM), рамановской спектроскопии, рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и низкоэнергетического ионного рассеяния (LEIS) подтверждают: свойства EC-MXene не уступают материалу, полученному традиционным способом с использованием плавиковой кислоты.
Руководитель направления трибологии в Институте машиностроения и проектирования TU Wien Пьерлуиджи Билотто объясняет: «Для производства MXene сначала нужны так называемые MAX-фазы, в которых алюминий, титан и углерод уложены слоями. Моя цель — сделать синтез MXene максимально простым. Это должно быть возможно в любой кухне. И мы очень близки к этому».
К разработке метода также причастны профессор Карстен Гахот и профессор Маркус Вальтинер (TU Wien), доктор Маркус Остерманн (CEST, Винер-Нойштадт) и Марко Пйливич (AC2T). Результаты исследования опубликованы в журнале Small.
Отказ от опасных кислот и отходов делает промышленное производство MXene не только экономически выгодным, но и экологически безопасным. Благодаря этому нововведению компании получают возможность внедрять инновационные решения на базе MXene в аккумуляторах, сенсорах и смазочных материалах без сложных барьеров и затрат.
