Un nuevo método en espectromicroscopía mejora significativamente el estudio de reacciones químicas a nanoescala, tanto en superficies como dentro de materiales en capas. La microscopía de rayos X de barrido (SXM) en la línea de luz MAXYMUS de BESSY II permite la investigación de especies químicas adsorbidas en la capa superior (superficie) o intercaladas dentro del electrodo MXene (a granel) con alta sensibilidad química. El método fue desarrollado por un equipo del HZB dirigido por el Dr. Tristan Pettit. Los científicos demostraron por primera vez SXM en copos de MXene, entre otros, un material utilizado como electrodos en baterías de iones de litio.
Desde su descubrimiento en 2011, los MXenes han despertado un importante interés científico debido a sus versátiles propiedades sintonizables y sus diversas aplicaciones, desde el almacenamiento de energía hasta el blindaje electromagnético. Los investigadores están trabajando para comprender la compleja química de los MXenes a nanoescala.
El equipo del Dr. Tristan Pettit ha logrado avances significativos en la caracterización de MXene, como se describe en su reciente publicación. Utilizaron SXM para investigar el enlace químico del Ti.3C2tX MXenes, con TX Denotando terminación (TX=O, OH, F, Cl), con alta resolución espacial y espectral. La novedad de este trabajo es la combinación simultánea de dos modos de detección, transmisión y producción de electrones, lo que permite diferentes profundidades de sonda.
SXM proporcionó información detallada sobre la composición química y la estructura de MXenes. Según la primera autora del estudio, Phaedra Amargiano: “Nuestros hallazgos arrojan luz sobre las interacciones químicas con especies dentro y alrededor de las estructuras MXene, ofreciendo nuevas perspectivas para su uso en diversas aplicaciones, particularmente en el almacenamiento de energía electroquímica”.
Por primera vez, se empleó SXM para obtener imágenes de MXenes, revelando detalles de las relaciones espaciales entre el titanio y la terminación dentro de la estructura de MXene. Los investigadores también examinaron la influencia de diferentes rutas de síntesis en la química de MXene, destacando los efectos de la terminación en las propiedades electrónicas de MXene.
Además, el uso de SXM para analizar materiales basados en MXene en baterías de iones de litio proporcionó información valiosa sobre los cambios en la química de MXene después del ciclo de la batería. Como explica Faidra Amargianou, “la mayor parte del electrodo MXene permanece estable durante el ciclo electroquímico con signos potenciales de Li.+ La interacción no provoca la degradación del electrolito MXene y el MXene cae sobre el electrodo”.
En resumen, este estudio proporciona información valiosa sobre la química espacial de los MXenes e ilustra el potencial de SXM para caracterizar otros materiales en capas. Como concluyó Petit, “este trabajo destaca la importancia de las técnicas avanzadas de imágenes químicas como SXM para desentrañar las interacciones de materiales en capas en sistemas complejos. Actualmente estamos trabajando para permitir esto”. En el sitio Mediciones electroquímicas SXM en ambientes líquidos directos. “
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Este proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (Acuerdo de subvención nº 947852).
