| Rus |  |
Eng |  |
Cation Intercalation and High Volumetric Capacitance of Two-Dimensional Titanium Carbide
Maria R. Lukatskaya, Olha Mashtalir, Chang E. Ren, Yohan Dall’Agnese, Patrick Rozier, Pierre Louis Taberna, Michael Naguib, Patrice Simon, Michel W. Barsoum, Yury Gogotsi.
Science, 27 September 2013: Vol. 341 no. 6153 pp. 1502-1505. DOI: 10.1126/science.1241488
Просмотреть дополнительные материалы к статье >>
Многие батареи и конденсаторы используют интеркаляцию лития для хранения и передачи заряда. Литий широко применяется, поскольку он предлагает лучшую плотность энергии, но существуют трудности в хранении больших катионов, при этом не нарушая кристаллическую структуру. Исследователи из Дрекселя под руководством Ю.Гогоци и М.Барсума разработали серию MX-соединений, где М представляет собой переходный металл, а Х - атом углерода или азота. Соединение Ti3C2 образует двумерную слоистую структуру, которая способна вместить широкий спектр катионов (в том числе и поливалентные) самопроизвольно или электрохимически.
Интеркаляции ионов в слоистых соединениях уже давно применяются в накопителях, таких как батареи или электрохимические конденсаторы. Исследовательская группа Института Нанотехнологий Университета Дрекселя, под руководством профессора Юрия Гогоци, продемонстрировала спонтанную интеркаляцию катионов из водных растворов солей между двумерными (2D) слоями максена (MXene) Ti3C2. Максен сочетает в себе 2D проводящие слои карбида с гидрофильной поверхностью.
Различные катионы, в том числе Na+, K+, NH4+, Mg2+, и Al3+, также могут быть интеркалированы электрохимически, предлагая емкость свыше 300 фарад на кубический сантиметр (намного выше, чем у пористых атомов углерода). Это исследование дает основу для изучения большого семейства 2D карбидов и карбонитридов в электрохимических накопителях энергии для устройств с использованием одно-и поливалентных ионов.
Несколькими годами ранее доктор Мишель Барсум и профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, обнаружили, похожие на графен, атомарно тонкие, двумерные материалы, которые имеют хорошую электропроводность и гидрофильную поверхность, которая хорошо удерживает жидкость. Они назвали эти новые материалы максенами ( MXenes), название было прдумано всвязи с их происхождением в процессе травления и отшелушивания атомарно тонких слоев алюминия из слоистого карбида МАХ-фазы. Последний также был обнаружен около 15 лет назад в Унверситете Дрекселя профессором М.Барсумом.
С тех пор Ю.Гогоци, М.Барсум, и их команда, вырвалась вперед в изучении возможностей использования максенов (MXenes). Последние результаты данных исследований были опубликованы в журнале "Science" 27 сентября 2013 г. В своей статье "Интеркаляция катионов и высокая объемная емкость двумерного карбида титана" ученые объясняют, как максены могут вмещать различные ионы и молекулы между своими слоями во время процесса интеркаляции.
Иногда интеркаляция становится необходимой для использования уникальных свойств двумерных материалов. Например, помещение ионов лития между листами максена делает их хорошими образцами для использования в качестве анодов в литий-ионных батареях. Тот факт, что максены могут вместить ионы и молекулы таким способом, является очень важным, поскольку это расширяет их способность накапливать энергию.
По словам профессора Юрия Гогоци, в настоящее время его командой были описанывосемь максенов, но, вероятно, многие другие, которые будут обнаружены, - MXene-ионные комбинации, и которые были протестированы на сегодняшний день, ни в коем случае не ограничивают возможностей хранения энергии этой группой материалов. Таким образом, даже впечатляющие емкости, которые описаны в статье, имеют не самые высокие возможные значения, которые могут быть достигнуты использованием максенов (MXenes). Интеркаляция магния и ионов алюминия также может проложить путь к разработке новых видов металл-ионных батарей.
Статья Барсума и Гогоци описывает интеркаляции максенов (MXenes) с различными ионами, в том числе лития, натрия, магния, калия, аммония и ионов алюминия. Полученные материалы свидетельствуют о высокой емкости энергии и открывает еще один путь исследований в этой отрасли материаловедения.
Электроды из двумерного карбида титана показывают отличную объемную супер емкость до 350 Ф/см3 за счет интеркаляции катионов между его слоями, что значительно выше, чем это было возможно в настоящее время при использовании пористых углеродных электродов. Другими словами, открылась возможность хранить больше энергии в меньших объемах, что очень важно для применения в мобильных устройствах, которые становятся все меньше,а энергии требуют больше.
В статье также сообщается, что важнейшим направлением проводимых исследований является разработка гибких электродов из максена, вместо обычных для применения в гибких и переносных устройств хранения энергии.
По материалам: www.esciencenews.com
| < Предыдущая | Следующая > |
|---|
Дякуємо всім друзям, партнерам, волонтерам за допомогу та вашу невтомну роботу! Продовжуємо допомагати нашим захисникам та доправляємо військове спорядження, гуманітарну допомогу, польову медицину та спеціальні медицині засоби до військових підрозділів, територіальної оборони, лікарень на передовій!
Якщо є люди, фонди та волонтери, які хочуть відправити допомогу в Україну з країн Європи або США, ми готові приймати на наші склади, складати збірні чи окремі партії та під замовлення і прицільно передавати їх далі кому вона необхідна. На всю гуманітарну допомогу буде надано звітність про передачу, фото.
Говорят, что большие вещи приходят в маленьких посылках. И в течение последнего десятилетия MXenes - двумерные соединения углерода и переходных металлов, впервые разработанные в Дрекселе - подтверждали эту точку зрения, стимулируя инновации во многих областях науки. Теперь новое партнерство открывает возможности для помощи MXenes в спасении жизней.
Совместно с этой лекцией профессор Юрий Гогоци получит звание почетного доктора Сумского государственного университета.Это уникальная возможность приобщиться к науке мирового уровня, окунуться в мир наноматериалов и проследить научный путь нашего соотечественника. Лекция пройдет в 16:00, 27 мая 2021 года в Конгресс-Центре СумГУ, зал Сингапур 220, в г. Сумы.
Материал MXene, который был впервые получен учеными из Университета Дрекселя в 2011 году, - это еще один шаг к тому, чтобы изменить жизнь людей, страдающих болезней почек на 
Участник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), выполнил визит в партнерскую организацию Вильнюсский университет, для выполнения программы совместных исследований и тренингов.
Всемирно известный ученый-украинец профессор Юрий Георгиевич Гогоци рассказал о последних новинках нанотехнологий. Возможность для общения с ученым мирового уровня - редкость, но воспитанникам Малой Академии Наук Украины (МАН) везет. Именно такую возможность они недавно получили.
Инженер-исследователь из MRC Иван Гришко находится в Латвийском университете, где провел семинар по MXenes
Совместно с польскими коллегами они 
Совместно с коллегами из КТУ они занимались симуляциями и моделированием механических свойств наноматериалов и нанокомпозитов.
В январе 2019 года профессор Юрий Гогоци был избран членом Европейской академии наук (EURASC). Профессор Юрий Гогоци - ведущий украинский и американский ученый в области химии, с 2000 года профессор Университета Дрекселя, Филадельфия, США, в области материаловедения, инженерии и нанотехнологий.
MRC посетил партнерскую организацию Белорусский государственный университет. Вместе с нашими партнерами из БГУ был обсужден и изучен опыт в области диспергирования CNT и графена в полимерах. Проводились сравнения разных смол и отвердителя для изготовления полимерной матрицы.