# MXens

En ciència de materials, els MXens (en anglès MXenes), són una classe de compostos inorgànics bidimensionals. Aquests materials consisteixen en capes de carburs, nitrurs o carbonitrurs de metalls de transició de pocs àtoms de gruix. Descrits per primera vegada el 2011, els MXens combinen la conductivitat metàl·lica dels carburs de metalls de transició i una naturalesa hidròfila a causa de les seves superfícies terminades amb grups hidroxil o oxígens.
El nom de MXens ve de les fases MAX, uns composts químics formats per capes apilades de carburs i nitrurs que segueixen la fórmula M$_{n+1}$AX$_n$, on n és un nombre enter entre 1 i 4; M és un metall de transició de l'esquerra del bloc; A és un element del grup 13 o 14; i la X és carboni, nitrogen o una mescla d'ambdós. Els MXens es sintetitzen eliminant selectivament les capes de A de les fases MAX, quedant així només M$_{n+1}$AX$_n$.

## Síntesi

Els MXens es sintetitzen normalment mitjançant un procés de dalt a baix o top-down consistent en un gravat o etching selectiu. S'ha demostrat que aquesta ruta sintètica és escalable, sense pèrdues ni canvis en les propietats a mesura que augmenta la quantitat de producte. La producció d’un MXè mitjançant la gravació d’una fase MAX es produeix principalment mitjançant l’ús de solucions de gravat fortes que contenen ions fluor (F$^−$) com l'àcid fluorhídric (HF), el bifluorur d’amoni (NH₄HF₂), o una barreja d’àcid clorhídric (HCl) i fluorur de liti (LiF). Per exemple, el gravat de Ti₃AlC₂ en HF aquós a temperatura ambient fa que els àtoms A (Al) siguin eliminats selectivament i la superfície de les capes de carbur acabi amb grups O, OH i/o F. Els MXens també es pode obtenir en sals foses d'àcids de Lewis, com el clorur de zinc (ZnCl²), podent obtenir un terminal Cl. Els MXens amb terminacions Cl són estructuralment estables fins a 750 °C. Es va demostrar que un utilitzar la sal fosa d’un àcid de Lewis era viable per gravar la majoria de les fases MAX (com ara precursors de fase MAX on els elements A eren Si, Zn i Ga) utilitzant sals tals com CdCl2, FeCl2, CoCl2, CuCl2, AgCl i NiCl2.
El MXene Ti₄N₃ va ser el primer MXè fet a partir de nitrurs reportat i es pot sintetitzar per un procediment diferent dels utilitzats pels MXens de carburs. Per sintetitzar Ti₄N₃, la fase MAX Ti₄AlN₃ es barreja amb una mescla eutèctica de sals foses de fluorur de liti, fluorur de sodi i fluorur de potassi i es sotmet a temperatures elevades. Aquest procediment elimina les capes d'Al, produint Ti₄N₃ multicapa, que es pot exfoliar en capes simples submergint el MXè en hidròxid de tetrabutilamoni sota sonicació.

## Referències

* ↑ Naguib, Michael; Kurtoglu, Murat; Presser, Volker; Lu, Jun; Niu, Junjie «Two-Dimensional Nanocrystals Produced by Exfoliation of Ti3AlC2». Advanced Materials, 23, 37, 2011, pàg. 4248–4253. DOI: 10.1002/adma.201102306. ISSN: 1521-4095.
* ↑ Naguib, Michael; Mochalin, Vadym N.; Barsoum, Michel W.; Gogotsi, Yury «25th Anniversary Article: MXenes: A New Family of Two-Dimensional Materials» (en anglès). Advanced Materials, 26, 7, 2014, pàg. 992–1005. DOI: 10.1002/adma.201304138. ISSN: 1521-4095.
* ↑ «The Birth of MXenes». [Consulta: 6 juny 2021].
* ↑ Shuck, Christopher E.; Sarycheva, Asia; Anayee, Mark; Levitt, Ariana; Zhu, Yuanzhe «Scalable Synthesis of Ti3C2Tx MXene» (en anglès). Advanced Engineering Materials, 22, 3, 2020, pàg. 1901241. DOI: 10.1002/adem.201901241. ISSN: 1527-2648.
* ↑ Halim, Joseph; Lukatskaya, Maria R.; Cook, Kevin M.; Lu, Jun; Smith, Cole R. «Transparent Conductive Two-Dimensional Titanium Carbide Epitaxial Thin Films». Chemistry of Materials, 26, 7, 08-04-2014, pàg. 2374–2381. DOI: 10.1021/cm500641a. ISSN: 0897-4756. PMC: PMC3982936. PMID: 24741204.
* ↑ Ghidiu, Michael; Lukatskaya, Maria R.; Zhao, Meng-Qiang; Gogotsi, Yury; Barsoum, Michel W. «Conductive two-dimensional titanium carbide ‘clay’ with high volumetric capacitance» (en anglès). Nature, 516, 7529, 01-12-2014, pàg. 78–81. DOI: 10.1038/nature13970. ISSN: 1476-4687.
* ↑ «X-ray photoelectron spectroscopy of select multi-layered transition metal carbides (MXenes)» (en anglès). Applied Surface Science, 362, 30-01-2016, pàg. 406–417. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.11.089. ISSN: 0169-4332.
* ↑ Harris, Kristopher J.; Bugnet, Matthieu; Naguib, Michael; Barsoum, Michel W.; Goward, Gillian R. «Direct Measurement of Surface Termination Groups and Their Connectivity in the 2D MXene V2CTx Using NMR Spectroscopy». The Journal of Physical Chemistry C, 119, 24, 18-06-2015, pàg. 13713–13720. DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b03038. ISSN: 1932-7447.
* ↑ Li, Mian; Lu, Jun; Luo, Kan; Li, Youbing; Chang, Keke «Element Replacement Approach by Reaction with Lewis Acidic Molten Salts to Synthesize Nanolaminated MAX Phases and MXenes». Journal of the American Chemical Society, 141, 11, 20-03-2019, pàg. 4730–4737. DOI: 10.1021/jacs.9b00574. ISSN: 0002-7863.
* ↑ Lu, J.; Persson, I.; Lind, H.; Li, M.; Li, Y. «Tin+1Cn MXene with fully saturated and thermally stable Cl terminations». arXiv:1901.05212 [cond-mat], 16-01-2019.
* ↑ Li, Youbing; Shao, Hui; Lin, Zifeng; Lu, Jun; Liu, Liyuan «A general Lewis acidic etching route for preparing MXenes with enhanced electrochemical performance in non-aqueous electrolyte» (en anglès). Nature Materials, 19, 8, 01-08-2020, pàg. 894–899. DOI: 10.1038/s41563-020-0657-0. ISSN: 1476-4660.
* ↑ Urbankowski, Patrick; Anasori, Babak; Makaryan, Taron; Er, Dequan; Kota, Sankalp «Synthesis of two-dimensional titanium nitride Ti4N3 (MXene)» (en anglès). Nanoscale, 8, 22, 02-06-2016, pàg. 11385–11391. DOI: 10.1039/C6NR02253G. ISSN: 2040-3372.