2D MXeny – nová rodina katalyzátorů

V dnešní době probíhá intenzivní výzkum v oblasti vodíkového hospodářství, jako perspektivního způsobu hospodaření s energií za využití vodíku. Za tímto účelem je nutné optimalizovat reakce, kterými je možné vodík získávat (HER – Hydrogen Evolution Reaction) a jednou z klíčových komponent těchto reakcí jsou katalyzátory.

Klasickými katalyzátory jsou drahé kovy, např. platina, ta ale není z mnoha důvodů vhodná pro masové nasazení, proto se hledají levnější a efektivnější katalyzátory. MXeny jsou dvourozměrné materiály, jejich označení je odvozeno od označení fází MAX, které se skládají z přechodného kovu (M), karbidu nebo nitridu (X) a prvku z 13 nebo 14 skupiny, příkladem je Ti3AlC2, odleptáním (např. pomocí HF nebo NH4HF2) hliníku získáme 2D MXen Ti3C2.[3]

Příprava MXenů z MAX

Obr. 1: Příprava MXenů z MAX. Credit: Prussianblue1403, wikipedia

Jak je vidět na obr. 1, hliník v MAX vytváří mezivrstvu (A), která spojuje vrstvy MX, po jeho odleptání se jednotlivé vrstvy uvolní (dojde k tzv. exfoliaci) a získáme 2D MXeny. Podle podmínek leptání jsou na atomech M navázány rozdílné skupiny, nejčastěji jde o F, OH a O skupiny, jejich charakter pak silně ovlivňuje vlastnosti MXenů. Pokud jsou na povrchu vrstev skupiny O, jsou tyto materiály perspektivní např. pro Li-ION baterií, superkondenzátory, palivové články a také pro vývoj vodíku.

Studie prokázala vysoký vliv 2D MXenů obsahujících O a OH skupiny na průběh HER reakcí a výtěžek vodíku. Kyslíkové skupiny na povrchu vrstev fungují jako katalyticky aktivní centra, ve spojení s vhodným polovodičem mohou vystupovat i jako efektivní kokatalyzátor pro fotochemické HER procesy.

Odkazy

  1. 2D MXenes: A New Family of Promising Catalysts for the Hydrogen Evolution Reaction
  2. MXenes – Wikipedia
  3. Two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation of Ti3AlC2.

Napsat komentář