Con la estrategia descrita, se pudo realizar una búsqueda teórica con miles de candidatos iniciales para finalmente obtener las dos mejores fases MAX para la síntesis potencial de TiB MXenes, que tienen aplicaciones prometedoras en campos como la nanoelectrónica. Crédito:Nature Communications
Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han utilizado el boro como elemento X en una familia de materiales llamados fases MAX, para lo cual anteriormente solo se podía utilizar carbono y nitrógeno. Una inteligente estrategia de búsqueda les permitió evitar recurrir a prueba y error para diseñar este novedoso material. del cual se puede obtener TiB en capas para aplicaciones en baterías de iones de litio o de sodio.
Teniendo en cuenta que hay decenas de elementos en la tabla periódica y miles de combinaciones posibles, No es de extrañar que los investigadores recurran a formas ingeniosas para predecir qué compuestos se pueden sintetizar en la práctica y tendrían propiedades favorables. Una clase de materiales útiles se denomina "fases MAX". Estos son compuestos ternarios que constan de tres elementos representados por M, A y X que exhiben propiedades cerámicas y metálicas.
Estos compuestos forman estructuras en capas a partir de las cuales se puede grabar la "capa A", dejando atrás lo que se conoce como 2-D MXenes. Los MXenes han atraído mucha atención porque pueden adoptar diversas formas y estructuras y ofrecen una excelente estabilidad química y mecánica. Esto los hace aplicables en una amplia variedad de campos, como baterías y catálisis.
Unitl ahora, Los compuestos MAX se han limitado a utilizar carbono o nitrógeno para el elemento X. Un equipo de investigación de Tokyo Tech, dirigido por el Prof. Hideo Hosono, estudió la posibilidad de sintetizar fases MAX compuestas de titanio, indio y boro:Ti 2 InB 2 . Motivado por el hecho de que los boruros tienen aplicaciones prometedoras en nanoelectrónica, En última instancia, el equipo buscó sintetizar MXenes basados en TiB.
Debido a que la síntesis directa de TiB en capas es imposible, el equipo primero tuvo que determinar un elemento A para sintetizar una fase MAX (es decir, el elemento intermedio en Ti-A-B). Luego, tendrían que encontrar una manera de grabar la capa A de la fase MAX para obtener el codiciado TiB en capas. Para determinar qué elementos eran adecuados para el A en la fase MAX, emplearon una inteligente estrategia de búsqueda automatizada a través de cálculos asistidos por computadora. Primero analizaron las estructuras "binarias" formadas entre cada uno de los candidatos para A y TiB o Ti 3 B 4 . Los que resultaron estables se sometieron a cálculos "ternarios" para determinar la estabilidad global del compuesto ternario.
Se realizó una verificación final con cálculos estructurales de alta precisión para los mejores candidatos, que finalmente señaló a Ti 2 InB 2 como la mejor opción. Con esta estrategia, redujeron el costo computacional de su búsqueda y demostraron un enfoque inteligente para encontrar los compuestos ternarios deseados. "Existe una gran demanda de una estrategia factible para simplificar la búsqueda de compuestos ternarios basada en el conocimiento del dominio disponible, "explica Hosono.
El equipo demostró que Ti 2 InB 2 podría sintetizarse eficazmente, y luego exploró la posibilidad de eliminar In de la fase MAX para obtener la fase MX deseada. Aunque el equipo logró obtener TiB en capas de la fase MAX, su estructura no era exactamente compatible con la de los MXenes 2D existentes. Sin embargo, sintonizando las condiciones necesarias de su enfoque, los investigadores creen que será posible obtener TiB MXene en el futuro. Por lo tanto, llevaron a cabo una serie de cálculos demostrando sus propiedades eléctricas superiores, insinuando su aplicación potencial como un excelente material de ánodo para baterías de iones de litio o sodio. "La presente investigación ampliará la fascinante clase de fases MAX y MXenes, "concluye Hosono.
