研ぎ澄まされた化学ハサミが、オーダーメイドのナノマテリアルに道を拓く(Sharpened chemical scissor paves the way for tailored nanomaterials)

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2023-03-29 リンショーピング大学

STEM image revealing Nb2C structure.
An electron microscope image of a MAX-phase. ARWEN

◆化学的に二次元材料をカットして、原子レベルでカスタマイズすることが可能になった。この方法を開発した国際研究グループにLinköping大学の研究者が参加し、Scienceに掲載された研究で示されている。
◆この結果は、将来の持続可能なエネルギー生産、エネルギー貯蔵、エレクトロニクス用の新しい材料の道を開くものである。この技術により、MXeneと呼ばれる二次元材料をカスタマイズし、新しい材料を開発することができるようになる。
◆MXeneは、電気的および熱的伝導性が優れているため、バッテリーや超電池、空気および水の浄化フィルターや次世代通信用のアンテナなど、技術的応用に使用できる。

<関連情報>

化学的はさみを用いた層状遷移金属炭化物の構造編集に成功 Chemical scissor–mediated structural editing of layered transition metal carbides

Haoming Ding,Youbing Li,Mian Li,Ke Chen,Kun Liang,Guoxin Chen,Jun Lu ,Justinas Palisaitis,Per O. Å. Persson,Per Eklund,Lars Hultman,Shiyu Du,Zhifang Chai,Yury Gogotsi and Qing Huang
Science  Published:16 Mar 2023
DOI:https://doi.org/10.1126/science.add5901

Editing tools for layered materials

Layered metal carbides and nitrides, broadly known as MXene materials, are largely derived by the etching of the A component from Mn+1AXn (MAX) ternary layered compounds. Ding et al. developed a method to chemically alter the MAX phases through a series of topotactic transformations that enable gap opening and atom species interchange. This broadens the family of MAX materials to enable the inclusion of unconventional elements, and these in turn can be used to make additional MXene materials. —MSL

Abstract

Intercalated layered materials offer distinctive properties and serve as precursors for important two-dimensional (2D) materials. However, intercalation of non–van der Waals structures, which can expand the family of 2D materials, is difficult. We report a structural editing protocol for layered carbides (MAX phases) and their 2D derivatives (MXenes). Gap-opening and species-intercalating stages were respectively mediated by chemical scissors and intercalants, which created a large family of MAX phases with unconventional elements and structures, as well as MXenes with versatile terminals. The removal of terminals in MXenes with metal scissors and then the stitching of 2D carbide nanosheets with atom intercalation leads to the reconstruction of MAX phases and a family of metal-intercalated 2D carbides, both of which may drive advances in fields ranging from energy to printed electronics.

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0505化学装置及び設備
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