ترکیبات MXene و MBene از نازک ترین مواد شناخته شده اند و ممکن است راه حل هایی را برای مهار اثرات گرمایش جهانی فراهم کنند. این مواد تنها چند اتم ضخامت دارند که آنها را دو بعدی می کند. طبق مطالعه ای مروری، این مواد به دلیل مساحت سطح بزرگشان، پتانسیل جذب مولکول های دی اکسید کربن را از جو دارند که می تواند به کاهش اثرات مضر تغییرات آب و هوایی با جداسازی ایمن دی اکسید کربن کمک کند.
در مقاله ای که در ۴ اکتبر در مجله Chem منتشر شد، پروفسور UC Riverside Mihri Ozkan و همکارانش پتانسیل MXenes و MBenes را در فناوری های جذب کربن توضیح دادند در این بررسی، یک تحلیل جامع و استراتژیهای پیشنهادی برای اجرای گسترده این مواد در کاربردهای مهم انجام شده است.خواص منحصر به فرد آنها آنها را به نامزدهای عالی برای جذب دی اکسید کربن تبدیل می کند.”به گفته نویسنگان مقاله، این مواد دو بعدی را می توان برای جذب انتخابی کربن دی اکسید مهندسی کرد. یکی از مزایای کلیدی آنها گزینش پذیری بالای آنها نسبت به دی اکسید کربن است که می توان آن را به فرآیندی به نام مهندسی فاصله بین لایه ای نسبت داد. علاوه بر این، مواد از نظر مکانیکی پایدار هستند و یکپارچگی ساختاری خود را حتی پس از چرخه های متعدد جذب و رهاسازی کربن حفظ می کنند.
از آنجایی که انتشار دی اکسید کربن ناشی از فعالیت های انسانی همچنان در حال افزایش است، توسعه فناوری های جذب کربن به اولویت اصلی تبدیل شده است. پیشبینی میشود که دمای سیاره در دهه آینده ۱.۵ درجه سانتیگراد بالاتر از سطح قبل از صنعتی شدن باشد که منجر به رخدادهای شدید آب و هوایی مکرر، تشدید خشکسالی، افت تولید محصولات کشاورزی، افزایش سطح مهاجرت انسانها و بیثباتی سیاسی شود. این تأثیرات منفی نیاز فوری به اقدام برای مهار انتشار کربن و کاهش اثرات تغییر آب و هوا را برجسته می کند.
دانشمندان دانشگاه درکسل Drexel در فیلادلفیا، ترکیبات MXenes و MBenes را در اوایل دهه ۲۰۱۰ کشف کردند. MXenes ترکیبی معدنی است که از لایههای نازک اتمی کاربیدها، نیتریدها یا کاربنیتریدهای فلزات واسطه تشکیل شده است. از سوی دیگر، MBenes بوریدهای فلزی واسطه ای هستند که از بور ساخته شده اند. این ترکیبات از طریق تکنیکهای زدایش لایه شیمیایی تولید میشوند و دارای شبکههای کریستالی با ساختارهای متقاطع و شش ضلعی هستند.
این مواد را می توان همراه با فناوری های موجود، مانند فناوری های توسعه یافته توسط شرکت سوئیسی Climework AS، استفاده کرد. این سیستم ها دی اکسید کربن را مستقیماً از اتمسفر استخراج می کنند و آن را برای ذخیره سازی ایمن و طولانی مدت جدا می کنند.قبل از استفاده از این ترکیبات در دستگاه های جذب کربن، چندین مشکل فنی باید حل شود. اول و مهمتر از همه، دانشمندان باید به تنگناهای مرتبط با چالش های مربوط به سنتز در تولید در حجم صنعتی بپردازند. از دیگر موانع تولید در مقیاس بزرگ می توان به اختلاط غیریکنواخت، گرادیان دما و مشکلات انتقال حرارت و غیره اشاره کرد. با این حال، می توان بر این موانع غلبه کرد.
معرفی مختصر MXenes و MBenes
MXenes ، کاربیدهای فلزات واسطه ، کاربنیتریدها و نیتریدها هستند و خانواده مهمی از مواد دو بعدی را تشکیل می دهند. آنها یک ساختار بسته شش ضلعی نزدیک به هم با فرمول شیمیایی Mn + 1Xn (M = عنصر فلز واسطه؛ X = C، N؛ n = 1-3) دارند (شکل a). MXenes معمولاً با زدایش لایه ای عناصر A ازPhase MAX بامواد شیمیایی همچون اسید هیدروفلوئوریک، آمونیوم هیدروژن بی فلوراید یا محلول اسیدی نمک های فلوراید سنتز می شوند. بنابراین سطوح آنها به ناچار به اتم های O، OH ویا F خاتمه می یابند. تاکنون انواع متعددی از MXenes در آزمایشگاه ساخته شده اند به عنوان مثال Ti2C، V2C، Mo2C، Ti3C2، و Nb4C3، ضمنا MXene با بیش از یک عنصر M نیز در محلول های جامد یا فازهای طراحی شده وجود دارند. با توجه به مساحت سطح بزرگ، ماهیت آبدوست، هدایت الکتریکی برتر، و پایداری ساختاری و شیمیایی برجسته، MXenes برای کاربردهامختلف در حوزه انرژی، از جمله ابرخازنها باتریهای لیتیوم یون ، شکافت آب برای تولید هیدروژن، و سایر فرآیندهای کاتالیزوری بکار می رود.
MBenes نیز که از بوریدهای فلز واسطه سه تایی که به MAB Phase مشهورند نشات گرفته و همانند MXenes اهمیت یافته اند. محاسبات تئوری تابعی چگالی (DFT) تعدادی MBenes پایدار مانند Mo2B2، Fe2B، MnB، Nb5B2 و Ta3B4 را پیشبینی کرده است که ساختارهای متنوعی از جمله فازهای شش ضلعی، متعامد و چهارضلعی با نسبتهای استوکیومتری متفاوت اتمهای فلز و بور دارند. ( شکل b). بلافاصله پس از پیشبینیهای نظری، MBenesهای TiB، MoB و CrB با حذف لایه میانی In یا Al از جامدات مادر Ti2InB2، MoAlB و Cr2AlB2 بهترتیب با موفقیت در آزمایشگاه ساخته شدند . برخلاف MXenes، هیچ مدرکی مبنی بر وجود گروه های عاملی در سطوح مصنوعی MBene وجود ندارد. همچنین کاربردهای بالقوه ای برای MBenes مانند فرومغناطیس با دمای کوری بالا ، الکترود برای باتری های یون لیتیوم و الکتروکاتالیست های واکنش تکامل هیدروژن (HER) و تثبیت نیتروژن ارائه شده است.
منبع : Science Daily وIop Science