Vedci po prvýkrát znížili kinetiku oxidácie mxénov v atómovom meradle

Názov zdroja: Vedci po prvýkrát od redukcie kinetiky oxidácie mxénov oxidácie atómovej stupnice

Nedávno tím docenta Meng Xing, kľúčové laboratórium novej fyziky batérie a technológie ministerstva školstva, College of Physics, Jilin University, dosiahol dôležitý pokrok v teoretickom výpočte oxidačného správania sa o oxidačnom správaní dvojrozmerných prechodných kovových karbidov /nitridy/nitridy uhlíka (MXENES) a príslušné výsledky boli uverejnené online v nemeckej aplikovanej chémii 14. júna 2023.

Vďaka svojej vysokej vodivosti a bohatých funkčných skupinách povrchu sa MXENES široko používajú v energii, elektronických zariadeniach, biomedicíne a iných poliach. Mxény sa však ľahko degradujú na oxidy prechodných kovov vo vlhkom prostredí alebo vodných roztokoch, ktoré obmedzujú jeho aplikáciu v rôznych oblastiach. Preto je to, ako syntetizovať materiály MXENES s vysokou chemickou stabilitou, kľúčovým vedeckým problémom, ktorý sa má vyriešiť naliehavo.

V štúdii uskutočnil výskumný tím Meng hĺbkovú teoretickú výpočtovú štúdiu o oxidačnom správaní sa super veľký systém Mxenes-Water. Kombináciou strojového učenia s výpočtami prvých princípov vedci dosiahli simulácie nanosekundovej molekulárnej dynamiky s presnosťou DFT a prvýkrát znížili kinetický proces oxidácie mxénov z atómovej stupnice, čo odhalilo povahu exponenciálnej decay oxidácie oxidácie. experimentálne. Oxidačný mechanizmus mxénov vo vlhkom prostredí alebo vodnom roztoku bol objasnený.

Vedci vyvinuli funkciu potenciálu neurónovej siete pre systém MXENES-Water, ktorý dobre funguje na testovacej sade, s chybami koreňového štvorca 2,35Mev/ atóm pre energiu a 0,083EV/ A pre silu v porovnaní s výpočtami DFT. Simulácia MD založená na potenciálnej funkcii je vysoko konzistentná so simuláciou AIMD vo funkcii radiálneho rozdelenia a testom vlastnosti dynamickej hustoty. Výsledky simulácie MD simulácie systému Mxenes-Water ukazujú, že čím hrubšia vodná vrstva, čím viac zvislých vodíkových väzieb na jednotku molekúl vody, čím obmedzenejšie je pohyb molekúl vody na povrch MXENES, čo vedie k zvýšeniu priemernej vzdialenosti Medzi atómami prechodného kovu a atómami kyslíka vo vode a rýchlosť oxidácie mxénov klesá so zvyšovaním hrúbky vodnej vrstvy. Zároveň oxidácia mxénov uvoľní voľné protóny, ktoré budú tvoriť typický hydratovaný protón s vodou, čím sa viaže pohyb molekúl vody, čím sa zníži rýchlosť oxidácie mxénov so zvýšením času. Priemerná vzdialenosť medzi rôznymi typmi atómov prechodných kovov a atómami kyslíka vo vode, ako aj pravdepodobnosťou fyzickej adsorpcie molekúl vody na povrchu základne Mxenes, ukazujú existenciu ochrannej vrstvy oxidu na povrchu mxénov.

Tieto dôležité zistenia poskytujú teoretické vedenie pre syntézu vysoko stabilných materiálov MXENES.