MXene 전구체 MoxV4의 이론적 조사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3271(2023) 이 기사 인용

570 액세스

1 인용

측정항목 세부정보

첫 번째 원리의 총 에너지 계산을 통해 0 ≤ x ≤ 4 범위에서 MAX 고용체 MoxV4-xAlC3의 열역학적 안정성을 조사했습니다. 결과는 격자 매개변수 a가 Mo 함량의 함수로 증가하는 반면 c 매개변수는 x = 2.5에서 최대 확장에 도달한다는 것을 증명합니다. 그 후 수축이 발견됩니다. Mo는 면외 정렬 Mo2V2AlC3 합금이 형성될 때까지 무작위로 VI 사이트를 차지합니다. 우리는 합금의 열역학적 안정성을 평가하기 위해 결함 형성 에너지(DFE) 형식을 사용했습니다. 계산 결과 5개의 안정적인 화합물이 나타났습니다. V가 풍부한 조건과 Mo가 풍부한 조건에서 Mo가 조절된 조건까지 원래의 V4AlC3 MAX는 안정적입니다. Mo가 풍부한 것부터 Mo가 조절된 성장 조건까지 V가 부족한 조건 영역에서 x = 0.5, 1, 1.5인 고용체와 o-MAX Mo2V2AlC3는 열역학적으로 안정적입니다. 전자 국소화 기능 및 Bader 전하 분석의 라인 프로파일은 VC 상호 작용이 주로 이온성인 반면 Mo-C는 공유 결합임을 보여줍니다. 또한 MXene 층을 얻기 위한 박리 에너지는 ~ 0.4 eV/Å2입니다. DFE는 또한 동일한 Mo 함량과 원자 배열을 갖는 MAX 상에서 박리된 MXene이 열역학적으로 안정적이라는 것을 보여줍니다. 우리의 결과는 이전에 보고된 실험적 증거에 대한 더 깊은 원자 규모의 이해를 얻습니다.

MAX 화합물은 일반식 Mn+1AXn1을 갖는 육각형 층의 초기 전이 금속 탄화물, 질화물 또는 탄질화물 계열입니다. 여기서 M은 초기 전이 금속이고, A는 일반적으로 13~16족의 원자이고, X는 탄소/질소, n = 1, 2, 3. M 층 수에 따라 약칭 표기법은 각각 n = 1, 2, 3인 211, 312, 413이 될 수 있습니다. 또한 지난 몇 년 동안 Ti7SnC62, Ta6AlC53, (Ti0.5Nb0.5)5AlC44, (V0.5Cr0.5)5Al2C35 및 Mo4VAlC46과 같은 고차 MAX 화합물(n > 3)이 성공적으로 합성되었습니다. MAX 화합물은 금속 특성과 세라믹 특성의 조합을 나타냅니다. 그들은 높은 전기 및 열 전도성과 마찰공학적 특성을 가지고 있습니다. 기계 가공이 가능하고 손상 내성과 열충격 저항성이 높습니다. 또한 고온에서도 강도가 유지됩니다7,8,9,10,11,12,13. MAX 화합물은 그 특성 덕분에 촉매작용14,15, 원자로16,17 및 고온 보호 코팅18에 사용될 수 있습니다. Ti2AlC, Cr2AlC 및 Ti3AlC2와 같이 Al을 A 원소로 포함하는 MAX 화합물은 높은 내산화성을 제공하고 보호 알루미나 층(Al2O3)을 형성하므로 고온 응용 분야에 적합한 후보입니다. 또한 MAX 화합물은 2011년에 발견된 2차원 MXene의 전구체입니다22,23.

Mxene은 A 요소를 선택적으로 에칭하여 전구체 MAX 단계에서 박리됩니다. 그들은 다양한 응용 분야에 적합한 재료로 만드는 우수한 특성을 가지고 있습니다. 작년에 실온에서 Mxenes의 강유전성과 다강성에 대한 최초의 증거가 얻어졌습니다. 물 분해를 통한 수소 생산의 경우 이중 기능성 촉매인 Mo2TiC2 및 Mo2Ti2C3는 알칼리성 매체에서 뛰어난 성능을 보여주었습니다25. Ti4C3 Mxene은 Ti4C3/산화 그래핀/Ti4C3 프레임워크26를 기반으로 하는 탄소 지원 메모리 응용 분야용 전극으로, 유지력과 내구성 특성이 뛰어납니다. 에너지 저장 장치와 관련하여 이중 정렬 합금 Ti2Ta2C3은 원래의 Ti4C3 Mxene보다 우수한 리튬 이온 배터리의 효율적인 전극입니다. 또한 일부 보고서에서는 Mxene을 ZrO2, MnO2 및 Ni와 같은 금속 도펀트와 결합하여 향상된 저장 특성을 제안합니다. 경우에 따라 변형된 재료는 원래 재료에 비해 정전용량을 두 배로 늘릴 수 있습니다. 또한 커패시턴스는 최대 10,000사이클까지 81%보다 큽니다29,30,31.