เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้ลดจลนพลศาสตร์ของการออกซิเดชั่น MXENES ในระดับอะตอม

แหล่งที่มาชื่อเรื่อง: นักวิจัยเป็นครั้งแรกจากการลดระดับอะตอมของจลนพลศาสตร์การออกซิเดชั่น MXENES

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมรองศาสตราจารย์ Meng Xing ซึ่งเป็นห้องปฏิบัติการสำคัญของฟิสิกส์แบตเตอรี่และเทคโนโลยีใหม่ของกระทรวงศึกษาธิการวิทยาลัยฟิสิกส์มหาวิทยาลัย Jilin ได้มีความก้าวหน้าที่สำคัญในการคำนวณเชิงทฤษฎีของพฤติกรรมการออกซิเดชั่นของคาร์ไบด์โลหะทรานซิชันสองมิติ /ไนไตรด์/คาร์บอนไนไตรด์ (MXENES) และผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องได้รับการเผยแพร่ออนไลน์ในเคมีประยุกต์เยอรมันเมื่อวันที่ 14 มิถุนายน 2566

เนื่องจากกลุ่มการนำไฟฟ้าสูงและกลุ่มการทำงานของพื้นผิวที่อุดมไปด้วย MXENES จึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในพลังงานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ biomedicine และสาขาอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม MXENES จะย่อยสลายเป็นออกไซด์ของโลหะทรานซิชันได้อย่างง่ายดายในสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นหรือสารละลายที่เป็นน้ำซึ่ง จำกัด การใช้งานในสาขาต่าง ๆ ดังนั้นวิธีการสังเคราะห์วัสดุ MXENES ที่มีความเสถียรทางเคมีสูงจึงเป็นปัญหาที่สำคัญทางวิทยาศาสตร์ที่จะแก้ไขได้อย่างเร่งด่วน

ในการศึกษาทีมวิจัยของ Meng ได้ทำการศึกษาการคำนวณเชิงทฤษฎีเชิงลึกเกี่ยวกับพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของระบบ Mxenes-Water ที่มีขนาดใหญ่มาก โดยการรวมการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับการคำนวณหลักการครั้งแรกนักวิจัยได้รับการจำลองพลวัตโมเลกุลนาโนวินาทีด้วยความแม่นยำ DFT และเป็นครั้งแรกที่ลดกระบวนการจลน์ของการเกิดออกซิเดชัน MXENES จากระดับอะตอม ทดลอง กลไกการเกิดออกซิเดชันของ MXENES ในสภาพแวดล้อมที่เปียกหรือสารละลายน้ำถูกอธิบาย

นักวิจัยได้พัฒนาฟังก์ชั่นที่มีศักยภาพของเครือข่ายประสาทสำหรับระบบ MXENES-WATER ซึ่งทำงานได้ดีในชุดทดสอบโดยมีข้อผิดพลาดของรูท-ค่าสแควร์สแควร์ที่ 2.35MeV/ อะตอมสำหรับพลังงานและ 0.083EV/ A สำหรับแรงเมื่อเทียบกับการคำนวณ DFT การจำลอง MD ที่ใช้ฟังก์ชั่นที่เป็นไปได้มีความสอดคล้องอย่างมากกับการจำลอง AIMD ในฟังก์ชั่นการกระจายรัศมีและการทดสอบคุณสมบัติความหนาแน่นแบบไดนามิก ผลการจำลอง MD ของระบบ MXENES-WATER แสดงให้เห็นว่ายิ่งชั้นน้ำหนาขึ้นพันธะไฮโดรเจนในแนวดิ่งต่อหน่วยโมเลกุลของน้ำมากเท่าไหร่ ระหว่างอะตอมโลหะทรานซิชันและอะตอมออกซิเจนในน้ำและอัตราการเกิดออกซิเดชันของ MXENES จะลดลงตามความหนาของชั้นน้ำที่เพิ่มขึ้น ในเวลาเดียวกันการออกซิเดชั่นของ MXENES จะปล่อยโปรตอนฟรีซึ่งจะก่อให้เกิดโปรตอนไฮเดรตทั่วไปด้วยน้ำซึ่งจะจับการเคลื่อนไหวของโมเลกุลของน้ำทำให้อัตราการเกิดออกซิเดชันของ MXENES ลดลงเมื่อเพิ่มเวลา ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างอะตอมโลหะทรานซิชันชนิดต่าง ๆ และอะตอมออกซิเจนในน้ำเช่นเดียวกับความน่าจะเป็นของการดูดซับทางกายภาพของโมเลกุลน้ำบนพื้นผิวฐาน MXENES แสดงให้เห็นถึงการมีอยู่ของชั้นป้องกันออกไซด์บนพื้นผิว MXENES

การค้นพบที่สำคัญเหล่านี้ให้คำแนะนำเชิงทฤษฎีสำหรับการสังเคราะห์วัสดุ MXENES ที่มีความเสถียรสูง