En un progreso considerable de la tecnología sostenible, los investigadores estudian intensamente el potencial de Mxenen, una clase de materiales bidimensionales que están compuestos de nitruros de carburo, para sus aplicaciones en energía renovable. Estos materiales muestran prometedores en la producción de amoníaco, una parte importante de los fertilizantes que pueden contribuir a sistemas de alimentos y combustibles más eficientes.
Mxenen se distingue por su capacidad para facilitar la conversión del aire en amoníaco, ofreciendo una ruta altamente eficiente para producir fertilizantes ricos en energía. Su estructura única garantiza composiciones químicas versátiles y ofrece a los investigadores un control considerable sobre sus propiedades y funcionalidades.
Los hallazgos de este estudio, publicados en el Journal of the American Chemical Society, incluyen los esfuerzos de cooperación de los profesores de tecnología química Dr. Abdoulaye Djire, Dra. Perla Balbuena y Ph.D. Candidato Ray Yoo. El equipo del Dr. Djire desafía los supuestos a largo plazo sobre el rendimiento de los materiales basados en metales de transición, y propone un nuevo paradigma que el enfoque cambia de los metales en sí a una comprensión más amplia de la catálisis de materiales en condiciones electrocatalíticas.
«Al ampliar nuestro conocimiento sobre cómo funcionan estos materiales, podemos identificar componentes esenciales para sintetizar productos químicos y combustibles de abundantes recursos terrenales», explicó Djire. Esta investigación sugiere que al manipular la reactividad de nitrógeno de la rejilla de la cuadrícula MXENSE – CAMBIO del carbono al nitrógeno, los investigadores pueden coordinar de manera efectiva las propiedades de vibración de estos materiales, que son cruciales para su rendimiento catalítico.
Ray Yoo señaló: «Los mxenes están en aumento como candidatos ideales para alternativas basadas en el metal de transición debido a sus cualidades deseadas». Hizo hincapié en que el nitruro mxenen ha mostrado rendimientos superiores en aplicaciones electrocatalíticas en comparación con los opuestos de carburo tradicionales.
Además, Ph.D. El estudiante Hao y Lai realizaron análisis computacionales de los primeros principios que complementaron los hallazgos experimentales. El trabajo de LAI incluyó la evaluación de los modos de vibración superficial que están influenciados por varios solventes relevantes para la energía en contacto con Mxenen, que proporciona información valiosa en las interacciones moleculares relacionadas con la síntesis de amoníaco.
El equipo utilizó la espectroscopía Raman, una técnica sensible y no destructiva para explorar las propiedades de vibración del nitruro de titanio. «La espectroscopía Raman no solo revela la reactividad de nitrógeno de la cuadrícula, sino que también reforma nuestra comprensión de los mecanismos electrocatalíticos con MXEN», señaló Yoo.
Mientras los investigadores continúan su trabajo, prevén que las investigaciones sobre la caracterización espectroscópica de Raman de nitruro -mxenen, especialmente en presencia de solventes polares, pueden conducir a descubrimientos innovadores. Djire describió el objetivo general: lograr una comprensión del nivel atomista del papel estructural que juegan los átomos en estos materiales.
Las implicaciones de esta investigación se extienden mucho más allá de las aplicaciones teóricas, por lo que una revolución puede causar cómo se produce de manera sostenible el amoniaco de manera sostenible, lo que influye en las prácticas agrícolas globales y los sistemas de energía.
