Химики Томского политехнического университета вместе с коллегами из Чехии разработали новый метод поверхностной модификации MXенов — нового и перспективного семейства наноматериалов — и решили проблему их нестабильности. Им удалось «привить» на поверхность наноматериала гидрофобные органические молекулы с помощью иодониевых солей под действием плазмонного резонанса. Такая «прививка» позволила увеличить стабильность MXена в четыре раза. При этом сам метод достаточно прост и в отличие от других способов не требует больших затрат энергии или сложного оборудования. Данные исследования опубликованы в журнале 2D Materials (IF: 7,103; Q1).
MXены были открыты около десяти лет назад. Это класс двумерных наноматериалов, состоящих из атомов углерода и переходных металлов, например, титана. Они очень тонкие, их толщина равна всего нескольким атомам. MXены обладают уникальными свойствами и рассматриваются в качестве перспективных материалов в самых разных областях, например, для наноэлектроники, расщепления воды для получения водорода.
«В применении MXенов две проблемы. Они малостабильны на воздухе, а их значимые технологические свойства сильно зависят от состояния поверхности. То есть свойства определяют химические группы, которые находятся на поверхности. Известные методы модификации поверхности сводятся к реакциям, протекающим при высоких энергиях и температурах. А это всегда сложно и дорого. И мы увидели решение этих проблем в модификации поверхности MXенов с помощью солей иодония. Но была и очевидная для химиков проблема — иодоноиевые соли в обычных условиях не вступают в реакцию с поверхностями», — говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Павел Постников.
Чтобы «заставить» иодониевые соли вступать в нужные реакции на поверхности MXенов, исследователи использовали эффект поверхностного плазмонного резонанса. Этот эффект возникает у поверхности металлов при облучении светом — около поверхности появляются квазичастицы плазмоны.
«Сначала мы получили иодониевые соли с группами, обладающими гидрофобными свойствами, то есть отталкивающими воду. Затем в раствор к ним добавили суспензию MXена и направили луч лазера. Это запустило эффект плазмонного резонанса, необходимый для образования радикалов из иодониевых солей, которые в свою очередь связывались с поверхностью. Вся реакция протекала при комнатной температуре», — поясняет ученый.
Чтобы доказать стабильность модифицированного MXена, исследователи выдерживали его в течение недели на воздухе во влажной среде.
«По сравнению с исходным MXеном наш материал оказался в четыре раза стабильнее. При этом он гидрофобный, — говорит Павел Постников. — Исследование носит фундаментальный характер, мы продемонстрировали принцип, что наш метод работает и дает очень хорошие результаты. В дальнейшем мы намерены его развивать и искать способы придания MXенам конкретных свойств».
В число авторов статьи входят также исследователи из Университета химии и технологии Праги, Института физики Чешской академии наук и Карлова университета в Праге. Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.
Добавим, ранее ученые Томского политеха вместе с коллегами из Китая провели подробный анализ последних данных в области обработки новых двумерных материалов MXенов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal.
Источник информации: пресс-служба Томского политехнического университета
Источник фото: ru.123rf.com
