Los investigadores de Missouri S&T han descubierto una nueva forma de aprovechar el potencial de un tipo de películas delgadas de MXene oxidadas espontáneamente, para crear nanocomposites que pudieran detectar tanto la luz como el medio ambiente. Previamente, dicha oxidación espontánea se consideró perjudicial porque degrada la estructura del MXene. La investigación se publica en la edición de junio de 2018 de ACS Nano , uno de los mejores calificados de Google Scholar, revistas científicas revisadas por pares.

"Ahora hemos demostrado que la oxidación espontánea parcial de MXenes en óxido de titanio que se integra con las escamas de MXene, se puede aprovechar para fabricar nanocompuestos de MXene-titania de forma económica, "dice el Dr. Vadym Mochalin, profesor asociado de química en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri e investigador principal de la investigación.

"Con el aumento exponencial de la investigación de MXenes durante los últimos años, los descubrimientos conceptuales son cada vez menos frecuentes, "dice Mochalin." En paralelo, Los investigadores profundizan en las propiedades fundamentales de MXenes, en particular, la complicada química de estos materiales ".

Los MXenos son compuestos inorgánicos bidimensionales que consisten en capas de unos pocos átomos de espesor de carburos y nitruros metálicos que poseen alta conductividad eléctrica junto con hidrofilia. propiedades electrónicas ópticas y sintonizables no lineales. Como conductores metálicos, no deben producir una fotocorriente dentro del material cuando se exponen a la luz, al igual que los semiconductores típicos como el silicio.

Sin embargo, en su periódico de junio, "Fotorrespuesta sensible al medio ambiente de películas delgadas Ti3C2 MXene oxidadas espontáneamente y parcialmente", escrito en coautoría por Mochalin y el Dr. Sergii Chertopalov, investigador postdoctoral en el grupo de Mochalin, los autores midieron una fotocorriente a través de las muestras cuando las películas delgadas de Ti3C2 MXene parcialmente oxidadas se irradiaron con luz ultravioleta (UV).

"Los científicos de materiales conocen el óxido de titanio como un material semiconductor fotosensible para muchas aplicaciones, incluida la fotocatálisis, recuperación y detección del medio ambiente, pero su fabricación en forma de nanocristales o nanofilms es costosa, "dice Chertopalov." La oxidación espontánea ahora se demuestra como un simple, Método económico para fabricar películas nanocompuestas transparentes de semiconductor MXene para aplicaciones en fotodetectores UV, fotorresistores, sensores, y otros dispositivos cuya resistividad eléctrica responde a la radiación ultravioleta y cambia según las moléculas presentes en el medio ambiente ".

"Cuando se expone al aire ambiente, que contiene oxígeno y vapor de agua atmosférico, la oxidación espontánea de los MXenes basados ​​en titanio hace que se forme óxido de titanio en la superficie de MXene. La diferencia que establece nuestra investigación, es que descubrimos que estas películas delgadas parcialmente oxidadas respondían significativamente a la luz ultravioleta, y su fotorrespuesta depende en gran medida de la atmósfera a la que están expuestos. Este hallazgo abre la puerta a muchas aplicaciones nuevas de MXenes, "concluye Mochalin.

Desde el descubrimiento de MXenes en 2011, Mochalin ha investigado exhaustivamente los materiales, especialmente sus propiedades químicas y físicas. Además de MXenes y otros materiales 2-D, Mochalin también trabaja con nanodiamantes en entornos interdisciplinarios en Missouri S&T y colabora extensamente con investigadores y empresas internacionales que se dedican activamente a la investigación y el desarrollo de MXenes.

Mochalin y Chertopalov planean presentar los resultados del artículo de junio en la próxima química, nanotecnología, y conferencias de materiales. Su investigación fue parcialmente financiada por una subvención inicial de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Missouri.