لأول مرة ، قام الباحثون بتقليل حركية أكسدة المكسيني على النطاق الذري

عنوان المصدر: الباحثون لأول مرة من الحد من المقياس الذري لحركية أكسدة Mxenes

في الآونة الأخيرة ، أحرز فريق الأستاذ المساعد منغ شينغ ، المختبر الرئيسي لفيزياء البطاريات الجديدة وتكنولوجيا وزارة التعليم ، كلية الفيزياء ، جامعة جيلين ، تقدمًا مهمًا في الحساب النظري لسلوك الأكسدة من كربيدات المعادن الانتقالية ثنائية الأبعاد /nitrides/nitrides الكربون (mxenes) ، وتم نشر النتائج ذات الصلة عبر الإنترنت في الكيمياء التطبيقية الألمانية في 14 يونيو 2023.

بسبب الموصلية العالية والمجموعات الوظيفية السطحية الغنية ، يستخدم mxenes على نطاق واسع في الطاقة والأجهزة الإلكترونية والطيد الحيوي وغيرها من المجالات. ومع ذلك ، فإن mxenes تتحلل بسهولة إلى أكاسيد معدنية انتقالية في البيئات الرطبة أو المحاليل المائية ، مما يحد من تطبيقه في مختلف المجالات. لذلك ، فإن كيفية توليف مواد mxenes ذات الاستقرار الكيميائي العالي هي مشكلة علمية رئيسية يجب حلها بشكل عاجل.

في الدراسة ، أجرى فريق أبحاث منغ دراسة حسابية نظرية متعمقة حول سلوك الأكسدة لنظام مياه Mxenes الفائق. من خلال الجمع بين التعلم الآلي مع حسابات المبادئ الأولى ، حقق الباحثون محاكاة ديناميات الجزيئية النانوية مع دقة DFT ، ولأول مرة خفضت العملية الحركية لأكسدة mxenes من المقياس الذري ، مما يكشف عن طبيعة الانحلال الأسيسي من معدل أكسدة Mxenes الذي تم ملاحظته تجريبيا. تم توضيح آلية أكسدة mxenes في البيئة الرطبة أو المحلول المائي.

طور الباحثون وظيفة محتملة للشبكة العصبية لنظام Mxenes-Water ، والذي يعمل بشكل جيد على مجموعة الاختبار ، مع أخطاء مربعة من الجذر البالغة 2.35mev/ ذرة للطاقة و 0.083ev/ A للقوة مقارنةً بحسابات DFT. تتوافق محاكاة MD المستندة إلى الوظيفة المحتملة مع محاكاة AIMD في وظيفة التوزيع الشعاعي واختبار خاصية الكثافة الديناميكية. تظهر نتائج محاكاة MD لنظام مياه Mxenes أنه كلما زادت سماكة طبقة الماء ، زادت روابط الهيدروجين العمودية لكل وحدة من جزيئات الماء ، وكلما زادت حركة جزيئات الماء إلى سطح Mxenes ، مما يؤدي إلى زيادة متوسط ​​المسافة بين ذرات المعادن الانتقالية وذرات الأكسجين في الماء ، ومعدل أكسدة المكسين يتناقص مع زيادة سمك طبقة الماء. في الوقت نفسه ، ستطلق أكسدة mxenes بروتونات مجانية ، والتي ستشكل بروتونًا مائيًا نموذجيًا بالماء ، وبالتالي ربط حركة جزيئات الماء ، مما يجعل معدل أكسدة Mxenes ينخفض ​​مع زيادة الوقت. يوضح متوسط ​​المسافة بين أنواع مختلفة من ذرات المعادن الانتقالية وذرات الأكسجين في الماء ، وكذلك احتمال امتصاص جزيئات الماء على سطح قاعدة mxenes ، وجود طبقة واقية أكسيد على سطح mxenes.

توفر هذه النتائج المهمة إرشادات نظرية لتوليف مواد mxenes مستقرة للغاية.