En un trabajo que podría abrir una compuerta de aplicaciones futuras para una nueva clase de nanomateriales conocidos como MXenes (pronunciado "Maxines"), investigadores de la Universidad de Texas A&M han descubierto una forma económica de evitar la rápida degradación de los materiales.

Las nanohojas bidimensionales de MXene son prometedoras en aplicaciones que van desde el almacenamiento de energía hasta la purificación de agua. Sin embargo, Los MXenes tienen un talón de Aquiles:se degradan rápidamente cuando se mantienen al aire libre.

Según el equipo de Texas A&M, La solución a este problema implica exponer los MXenes a cualquier cosa de una familia de compuestos mejor representados por un suplemento dietético natural como la vitamina C.

"Con estos hallazgos, Los MXenes estables en almacenamiento se vuelven posibles y los materiales basados ​​en MXene de grado de ingeniería pueden convertirse en una realidad práctica, "escribieron los investigadores en un artículo para el próximo número de la revista en línea Importar .

Propiedades interesantes

Descubierto en 2011 por un equipo de la Universidad de Drexel, Los MXenos son láminas de materiales de solo unos pocos átomos de espesor que están compuestas principalmente por capas de metales como el titanio intercaladas por carbono y / o nitrógeno.

Debido a su nanoespesor y la variedad de elementos de los que pueden estar compuestos (otros nanomateriales como el grafeno contienen solo carbono), "estos materiales tienden a tener propiedades realmente interesantes, como alta conductividad eléctrica y alta actividad catalítica, "dijo el Dr. Micah Green, un profesor asociado que dirigió el trabajo y tiene nombramientos conjuntos en el Departamento de Ingeniería Química de Artie McFerrin y el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Texas A&M.

Como resultado de esas propiedades, Los MXenes han generado un gran interés y entusiasmo en la comunidad investigadora con aplicaciones potenciales en todo, desde baterías hasta sensores electrónicos.

"Pero ha habido un problema al acecho en el fondo, ", dijo Green. Los MXenes se degradan, u oxidar, rápidamente. "Se desmoronan y dejan de ser nanohojas. Esto sucede en cuestión de días".

Aunque otros investigadores han descubierto que técnicas como secar o congelar los MXenes pueden retrasar su degradación, "Todavía no van a durar años, ", dijo." Y nadie quiere un material que no tenga una vida útil prolongada ".

Texas A&M abordó el problema a través de un equipo interdisciplinario de expertos en nanomateriales, cerámicas y polímeros.

Los otros miembros de la facultad involucrados en el trabajo son el Dr. Miladin Radovic, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, y la Dra. Jodie Lutkenhaus, profesor asociado del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y del Departamento de Ingeniería Química.

Hacia una solución

El equipo finalmente descubrió que exponer un MXene típico a una solución de L-ascorbato de sodio impedía que la nanocapa se degradara. Más, varios compuestos relacionados, incluida la vitamina C, también funcionó. Según Green, el efecto dura. También señaló que el equipo hizo el descubrimiento hace aproximadamente un año y los MXenes tratados aún son estables.

Para investigar más a fondo el fenómeno que conduce a la mejora de la estabilidad, el equipo completó simulaciones de dinámica molecular de las interacciones entre los MXenes y los antioxidantes. Descubrieron que las moléculas de ascorbato parecen asociarse con la nanohoja MXene, evitando que interactúe con las moléculas de agua y, como resultado, protegiéndolo de la oxidación.

El equipo está emocionado porque su "método parece funcionar con una variedad de MXenes diferentes, "Dijo Green. El Importar el artículo se centra en el MXene más común (Ti3C2Tx), pero otros tipos de MXenes son aún más inestables. Tanto es así que "la gente ha dudado de que esos materiales puedan encontrar alguna aplicación. Con esta técnica, eso podría cambiar ". Los investigadores están explorando actualmente la estabilidad de estos MXenes adicionales utilizando el mismo enfoque.

"Nuestra esperanza es que todos los que trabajan en MXenes, incluidas personas de la industria, utilizará nuestra técnica para proteger sus materiales, "dijo Green.