2019-06-03 20:38:02
在大海捞针中寻找针 发现Ti2InB2用于合成层状TiB

东京工业大学(东京工业大学)的科学家们在一系列称为MAX相的材料中使用硼作为X元素,之前只能使用碳和氮。巧妙的搜索策略使他们能够避免使用反复试验来设计这种新型材料,从中可以获得层状TiB,用于锂离子电池或钠离子电池。

考虑到元素周期表中有许多元素和数千种可能的组合,研究人员采用巧妙的方法来预测哪些化合物可以在实践中合成并且具有有利的性质也就不足为奇了。一类有用的材料被称为“MAX阶段”。这些是由M,A和X表示的三种元素组成的三元化合物,具有陶瓷和金属性质。

这些化合物形成层状结构,从中可以蚀刻“A层”,留下所谓的2-D MXenes。 MXenes引起了很多关注,因为它们可以采用多种形式和结构,并提供出色的化学和机械稳定性。这使它们适用于各种领域,例如电池和催化剂。

现在,Unitl,MAX化合物仅限于使用碳或氮作为X元素。由Hideo Hosono教授领导的东京科技研究团队研究了合成由钛,铟和硼组成的MAX相的可能性:Ti2InB2。由于硼化物在纳米电子学领域具有广阔的应用前景,该团队最终寻求合成基于TiB的MXenes。

由于不可能直接合成层状TiB,因此该团队首先必须确定用于合成MAX相的A元素(即Ti-A-B中的中间元素)。然后他们必须找到一种方法从MAX相蚀刻A层以获得令人垂涎的层状TiB。为了确定哪些元素适合MAX阶段的A,他们通过计算机辅助计算采用了一种聪明的自动搜索策略。他们首先分析了A和TiB或Ti3B4的每个候选物之间形成的“二元”结构。证实稳定的那些经受“三元”计算以确定三元化合物的整体稳定性。

对最佳候选者进行了高精度结构计算的最终验证,最终将Ti2InB2作为最佳选择。通过这种策略,他们降低了搜索的计算成本,并展示了一种寻找所需三元化合物的巧妙方法。 “基于现有领域知识简化三元化合物搜索的可行策略是非常需要的,”Hosono解释道。

该团队证明Ti2InB2可以有效地合成,然后探索从MAX相中去除In以获得所需MX相的可能性。尽管该团队确实设法从MAX阶段获得分层TiB,但其结构与现有的2-D MXenes的结构并不完全兼容。然而,通过调整其方法的必要条件,研究人员相信将来可以获得TiB MXene。因此,他们进行了大量计算,证明了其优异的电性能,暗示其作为锂离子电池或钠离子电池的优异阳极材料的潜在应用。 “目前的研究将扩展迷人的MAX阶段和MXenes,”Hosono总结道。

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