Çin Elmlər Akademiyasının Ningbo Material Texnologiyası və Mühəndislik İnstitutundan Prof. Huang Qingin rəhbərlik etdiyi bir araşdırma qrupu, MAX fazaları adlanan qabaqcıl materialların daxili qatlarını "redaktə" etmək üçün yeni bir metod inkişaf etdirib. Bu yenilik, texnoloji baxımdan dəyərli olan tamamilə yeni növ ikiölçülü (2D) materialların hazırlanmasına şərait yarada bilər.

MAX fazaları, ümumi kimyəvi formuluna görə adlandırılıb: Mₙ₊₁AXₙ, burada M erkən keçid metallarını (məsələn, titan), A əsas qrup elementlərini (məsələn, alüminium və ya silikon) və X karbon və ya azotu təmsil edir. Bu ad, materialların laylı quruluşuna işarə edir: güclü metal-karbon/azot qatları daha zəif bağlanmış "A" qatları ilə birləşdirilir. Bu laylı quruluş, 2D materialların yaradılması üçün perspektivli başlanğıc nöqtəsi kimi qəbul edilir.

Yalnız bir neçə atom qalınlığında olan bu 2D materiallar, batareyalar, katalizatorlar və elektromaqnit müdaxiləsinə qarşı qoruma kimi tətbiqlərdə istifadə potensialı ilə böyük maraq doğurur. Onların tərkib elementlərinin və səth xüsusiyyətlərinin tənzimlənə bilən olması bu marağı artırır. MXenlər adlanan 2D material qrupu adətən MAX fazası kristallarından müəyyən atomların kimyəvi yolla çıxarılması ilə hazırlanar. "Oyma" adı ilə tanınan bu proses, alüminium və silikon kimi metal A-site atomlarını seçici şəkildə çıxarmaq üçün hidroflüor turşusu və ya Lewis-turşulu ərimiş duzlardan istifadə edir.

Lakin MAX fazasının bəzi üzvləri güclü kovalent alt qatlara malikdir, burada qeyri-metal əsas qrup elementləri (məsələn, oksigen, kükürd, selen və digər kalkogenlər; azot, fosfor, arsen və digər pniktogenlər) A yerlərini tutur. Bu kovalent MAX fazalarında həm M–A, həm də M–X bağlarının kovalent xarakteri ənənəvi oyma metodlarının qeyri-metal A-site atomlarını çıxarmasına mane olur və onların 2D MXenlərə çevrilməsini çətinləşdirir.

Araşdırma "Nature Synthesis" jurnalında dərc edilib. Tədqiqatçılar MAX fazası kristal strukturlarında fərqli kovalent alt qatlar arasındakı kimyəvi reaktivlikdə əhəmiyyətli fərqlər aşkar ediblər. Komanda bu kimyəvi fərqlərdən istifadə edərək MAX fazalarında həm M–A, həm də M–X kovalent alt qatlarının seçici struktur redaktəsini həyata keçirib. Nəticədə ion interkalasiyası vasitəsilə bir sıra yeni laylı qeyri-üzvi materiallar və 2D nanomateriallar əldə olunub.

Tədqiqatçılar yaxşı hazırlanmış bir reaksiyanın ümumi formalaşma entalpiyasını dəqiq tənzimləməklə X yerini qeyri-metal elementlərlə (məsələn, B-dən Se, S, P və C-yə) əvəz etməyə nail olublar. Bu arada, Lewis turşulu kationlar M-element oksidləşmə vəziyyətini M–X alt qatlarında azalda bilər və əlavə qeyri-metal (məsələn, S/Se) bağlanmasını asanlaşdırır. Bu, qeyri-van der Waals MAX fazalarının van der Waals laylı materiallara çevrilməsinə də imkan verir.

Bu struktur redaktə strategiyalarından istifadə edərək, tədqiqatçılar C, N, B, P, S və Se elementlərini əhatə edən X elementləri ilə MXenlərin və keçid metal dikalkogenidlərinin (TMD) əsas xüsusiyyətlərini birləşdirən erkən keçid metalların kalkogenid karbidlər/nitridlər (TMXC) adlanan yeni bir 2D material sinfi sintez ediblər.

Həm nəzəri hesablamalar, həm də eksperimental nəticələr göstərir ki, M–X kovalent alt qatında X-elementin redaktəsi MAX-dan törəyən 2D TMXC-lərin daxili elektron strukturunu effektiv şəkildə modulyasiya edir. Bu iş, yüksək temperaturda elektrokimyəvi enerji saxlama qurğuları və kataliz sahələrində perspektivli tətbiqlər üçün kovalent bağlı üçlü laylı birləşmələrin struktur redaktəsi və 2D eksfoliasiyası üçün yeni bir yol açır.