Эти MXenes обладают свойствами, которые кажутся почти чудесными: их можно использовать для электромагнитной защиты, для накопления энергии или для создания новых датчиков. В TU Wien было обнаружено, что они также удивительно подходят в качестве твердых смазочных материалов даже в самых суровых условиях, например, в космической технике. Единственная проблема до сих пор заключалась в том, что производство этих МКСЕНОВ считалось чрезвычайно опасным и токсичным. Но теперь был разработан новый метод: вместо токсичной кислоты используется электричество. Новый метод синтеза был опубликован в журнале Small.

Больше никакой токсичной плавиковой кислоты

"Для получения MXenes сначала нужны так называемые максимальные фазы. Это материалы, которые могут состоять, например, из слоев алюминия, титана и углерода", - объясняет Пьерлуиджи Билотто из исследовательского отдела трибологии Института инженерного проектирования и разработки продукции Венского университета. "До сих пор для вытравливания алюминия в MAX использовалась плавиковая кислота, в результате чего получалась система атомарно тонких слоев, которые могут скользить друг по другу с очень небольшим сопротивлением. Это делает эти MXenes отличной смазкой".

Но обращение с плавиковой кислотой - задача не из легких. Он токсичен и вреден для окружающей среды, и существуют строгие правила обращения с этим химическим веществом. Для этого вам нужно специальное, дорогостоящее лабораторное оборудование, и вы получаете отходы, которые приходится утилизировать дорогостоящим способом. "Вот почему MXenes до сих пор не совершили серьезного прорыва в промышленности", - говорит Пьерлуиджи Билотто. "Трудно наладить такой процесс в промышленном масштабе, и многие компании по понятным причинам уклоняются от этого шага".

Поэтому Пьерлуиджи Билотто решил найти лучший метод - вместе с профессором. Карстен Гашо и проф. Маркус Валтинер из TU Wien, доктор Маркус Остерманн из CEST в Винер-Нойштадте, Марко Пильевич из AC2T и другие.

Электрохимия

"Электрохимия предлагает альтернативный способ разрушения алюминиевых связей на максимальной стадии", - говорит Пьерлуиджи Билотто. "Когда подается электрическое напряжение, МАКСИМАЛЬНАЯ фаза испытывает электрический ток, который инициирует реакции на ее границах раздела. Точно подбирая напряжение, мы можем настроить реакции таким образом, чтобы удалялись только атомы алюминия, оставляя в качестве продукта электрохимические MXenes (EC-MXenes).

Команда обнаружила, что для улучшения электрохимического травления и общего качества EC-MXene можно использовать очень специфический электрохимический метод: хорошо дозированные импульсы тока. В то время как реактивность поверхности часто быстро падает при использовании других методов, короткие импульсы тока вызывают образование небольших пузырьков водорода на материалах с максимальной фазой, очищая и реактивируя поверхность. Это позволяет поддерживать электрохимическую реакцию в течение более длительных периодов времени и получать большое количество экомиксенов.

Затем полученный продукт был проанализирован с использованием передовых методов, таких как атомно-силовая микроскопия, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия, комбинационная и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, а также рассеяние ионов низкой энергии. -- его свойства, по крайней мере, не уступают свойствам мксенов, ранее полученных с использованием плавиковой кислоты. "Моя цель - сделать синтез MXene предельно простым. Это должно быть возможно на любой кухне", - говорит Пьерлуиджи Билотто. "И мы очень близки к этому".