Síntesis de tres familias de carbonitruro de titanio MXenes

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• Las fases MAX en capas y los MXenes bidimensionales (2D) derivados son materiales altamente investigados con propiedades sintonizables.
• La sustitución elemental, particularmente en el sitio M, es una estrategia común para la modulación de propiedades.
• La sustitución parcial de carbono por nitrógeno en las fases MAX y MXenes (carbonítridos) sigue siendo poco explorada.

Objetivo del estudio:

• Síntesis y caracterización de nuevas fases MAX y MXenes basadas en titanio con diferentes proporciones de carbono y nitrógeno (carbonítridos).
• Ampliar la familia conocida de fases MAX y MXenes, incluidos los sistemas Ti4 ((C1-xNx) 3Tx no informados anteriormente.
• Investigar las relaciones estructura-propiedad-síntesis en estos nuevos materiales de carbonitruro de titanio.

Principales métodos:

• Síntesis de las fases MAX de carbonitruro de titanio (Ti_2Al(C_1-xN_x)) y los MXenos correspondientes (Ti_2(C_1-xN_x) T_z).
• Caracterización de materiales con un número variable de capas 2D (una, dos y tres).
• Análisis de la relación entre los parámetros de composición, estructura, estabilidad y síntesis.

Principales resultados:

• Se han sintetizado con éxito tres familias de fases Ti_2Al ((C_1-xN_x) MAX y Ti_2 ((C_1-xN_x) T_z MXenes.
• Se expandió la fase conocida MAX y la biblioteca MXene a 16 carbonítridos de titanio con química de sitio X ajustable y espesores de capa.
• Se han reportado nuevos MXenes en el sistema Ti_4(C_1-xN_x)_3T_x, no sintetizados previamente.
• Relaciones establecidas entre las condiciones de síntesis, la composición, la estructura y la estabilidad.

Conclusiones:

• La sustitución parcial de carbono por nitrógeno ofrece una nueva ruta para ajustar las propiedades de la fase MAX y MXene.
• Los carbonitruros de titanio sintetizados proporcionan una plataforma para estudios fundamentales sobre el efecto de la relación N / C en las propiedades optoelectrónicas, electromagnéticas y mecánicas.
• Estos materiales son prometedores para aplicaciones personalizadas al ajustar su composición y estructura.