科學家們正在通過研究稱為二維 (2D) 材料的超薄材料，努力提高可再生技術的效率。這些材料可以開闢生產氨等重要化學品的新途徑，氨是化肥的關鍵成分。以更清潔、更可持續的方式。
在這些材料中，MXenes 產品線是獨一無二的。 MXenes 是一種低劑量化合物，可將空氣中的成分轉化為氨，可用於肥料和運輸燃料。其獨特的化學性質使科學家能夠微調其成分。這允許精確控制屬性和性能。
這項研究詳細介紹於 美國化學會雜誌 由化學工程教授 Abdoulaye Djire 博士和 Perla Balbuena 以及博士撰寫。候選人雷宇。
催化劑設計審查
Djire 和他的團隊正在挑戰人們長期以來對過渡金屬材料工作原理的看法。傳統上，科學家認為催化劑的性能僅取決於其所含金屬的類型。 Jire 的團隊旨在擴大這種理解。
“我們的目標是加深對材料在電條件下如何充當催化劑的理解，”Djire 說。這些知識可以幫助我們確定從地球豐富的資源中生產化學品和燃料所需的關鍵成分。 ”
調整原子屬性以獲得更好的性能
MXene 的結構可以通過改變氮原子在晶格內相互作用的方式來調整。這種變化稱為氮晶格反應。影響分子振動的方式。也稱為振動特性。這些特性對於確定材料催化化學反應的效率至關重要。
由於 MXene 具有高度可定制性，因此它們可以針對各種可再生能源應用進行優化。 Yoo 解釋說，這使它們成為昂貴的電催化劑材料的有吸引力的替代品。
“MXenes 是作為過渡金屬基替代材料的理想選擇。它們具有廣闊的潛力，因為它們具有許多所需的特性，”Yu 說。 “MXenes 氮化物在電催化劑中發揮著重要作用。與廣泛研究的碳化物相比，其性能改進表明了這一點。”
計算見解和分子相互作用
為了加深我們的理解，Balbuena 博士小組的學生Hao-En Lai 進行了一項計算研究，以在分子水平上模擬 MXene 的行為。模擬揭示了能量相關的溶劑如何與 MXene 表面相互作用，使研究人員能夠量化對氨合成重要的分子相互作用。
Djire、Yoo 和合作者還使用拉曼光譜分析了氮化鈦的振動行為，拉曼光譜是一種無損方法，可揭示有關材料結構和鍵的詳細信息。
“我認為這項研究最重要的部分之一是拉曼光譜揭示氮晶格反應的能力，”於說。 “這加深了我們對 MXene 所涉及的電氣系統的理解。”
Yoo 表示，通過拉曼光譜繼續探索 MXenes 氮化物及其與極性溶劑的相互作用可能會帶來綠色化學的重大進展。
實現能量轉換的原子間控制
“我們證明氨的電化學合成可以通過晶格的質子化和氮摻雜來實現，”Djire 說。 “這個項目的最終目標是在原子水平上了解構成材料結構的原子的作用。”
這項研究得到了美國陸軍 DEVCOM ARL 陸軍研究辦公室能源科學能力、電化學項目的支持（獎項號 W911NF-24-1-0208）。作者指出，所提出的觀點和結論是他們自己的。並不一定反映美國軍方的官方政策。或美國政府
