Synthesis and Optoelectronic Properties of Solid Solution MXenes

固溶体MXene的合成及光电性能

基本信息

  • 批准号:
    2041050
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-03-01 至 2025-02-28
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

NON-TECHNICAL DESCRIPTION: MXenes are a large class of two-dimensional carbides and nitrides that exhibit exceptional electronic, optical and charge storage properties. They were discovered at Drexel University a decade ago. MXenes are comprised of layers of metal atoms connected by carbon or nitrogen atoms and having thickness of less than one nanometer. Their unique combination of electronic conductivity and tunable optical properties, such as a wide range of plasmonic colors, may be a game-changer in optics and electronics. More than 30 different MXene compositions have been synthesized; dozens more are predicted to exist. However, in spite of total number of publications on MXenes approaching 3000, just a few solid solutions (structures with a random mix of metal atoms) have been reported. Solid solution MXenes that are synthesized in this study greatly expand the family of two-dimensional (2D) materials and offer an opportunity for precise tuning of electronic and optical properties of MXenes. These materials can find applications in the manufacturing of transparent conductive electrodes for solar cells, smart windows, transparent heaters, optical filters, etc. Courses covering synthesis and characterization of MXenes are developed as a part of this project and offered online. Graduate and undergraduate students participating in this project are offered research co-operative education and internships at the National Nanofabrication Facility in South Korea to learn nanofabrication and perform fabrication and testing of MXene-based optical devices, such as transparent light emission diodes and electrically tunable optical filters. TECHNICAL DETAILS: The primary goal of this work is to establish direct experimental relationships between chemical compositions of solid solution MXene and their resulting properties. Solid solution MXene research is expanded into diverse structures and chemistries in order to study and generalize these relationships, and thus to enable specific optical and plasmonic properties to be rationally chosen based on the desired application. This project includes (i) synthesis of quaternary MAX phase precursors with the desired compositions; (ii) finding the appropriate conditions for topochemical conversion of the MAX precursors into MXenes, (iii) determining the conductivity and optical properties of MXenes, and (iv) using an array of advanced characterization techniques to determine the composition and structure of solid-solution MXenes and correlate them with the measured properties.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术描述:MXENES是一类二维碳化物和硝酸盐,具有出色的电子,光学和电荷存储特性。十年前,他们在德雷克塞尔大学发现。 MXENES由通过碳或氮原子连接的金属原子层组成,厚度小于一个纳米。它们的电子电导率和可调光学性能(例如各种等离激元颜色)的独特组合可能是光学和电子设备的游戏改变者。已经合成了30多种不同的Mxene组成。预计将存在数十个。然而,尽管在接近3000的MXENES上的出版物总数,但仅报道了一些实心解决方案(具有随机的金属原子混合结构)。在这项研究中合成的实心溶液MXENES大大扩展了二维(2D)材料的家族,并为精确调整MXENES的电子和光学性质提供了机会。这些材料可以在太阳能电池,智能窗户,透明加热器,光学过滤器等透明导电电极制造中找到应用。涵盖MXENES合成和表征的课程是该项目的一部分,并在线提供。参加该项目的研究生和本科生在韩国的国家纳米制造设施中提供了研究合作教育和实习,以学习纳米改造,并对基于MXENE的光学设备进行制造和测试,例如透明的光发射Diodes和电气可调的光过滤器。 技术细节:这项工作的主要目标是建立固体MXENE的化学成分及其产生的特性之间的直接实验关系。实心溶液MXENE研究被扩展到各种结构和化学分配中,以研究和推广这些关系,从而使特定的光学和等离子特性可以根据所需的应用理性地选择。该项目包括(i)与所需组成的第四纪最大相位前体合成; (ii)找到适当的条件以将最大前体转化为Mxenes,(iii)确定MXENES的电导率和光学特性,以及(iv)使用一系列先进的表征技术来确定固体分析的组成和结构,以通过测量的授予的固体分辨率和结构与固定授予的授权进行了评估。基金会的智力优点和更广泛的影响评论标准。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Shifts in valence states in bimetallic MXenes revealed by electron energy-loss spectroscopy (EELS)
  • DOI:
    10.1088/2053-1583/ac4ba2
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Alexandre C. Foucher;Meikang Han;C. Shuck;K. Maleski;Y. Gogotsi;E. Stach
  • 通讯作者:
    Alexandre C. Foucher;Meikang Han;C. Shuck;K. Maleski;Y. Gogotsi;E. Stach
Adjustable electrochemical properties of solid-solution MXenes
  • DOI:
    10.1016/j.nanoen.2021.106308
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Likui Wang;Meikang Han;C. Shuck;Xuehang Wang;Y. Gogotsi
  • 通讯作者:
    Likui Wang;Meikang Han;C. Shuck;Xuehang Wang;Y. Gogotsi
The world of two-dimensional carbides and nitrides (MXenes)
  • DOI:
    10.1126/science.abf1581
  • 发表时间:
    2021-06-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    56.9
  • 作者:
    Mohammadi, Armin Vahid;Rosen, Johanna;Gogotsi, Yury
  • 通讯作者:
    Gogotsi, Yury
2D graphene oxide and MXene nanosheets at carbon fiber surfaces
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2022.11.028
  • 发表时间:
    2022-11-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Adstedt, Katarina;Buxton, Madeline L.;Tsukruk, Vladimir V.
  • 通讯作者:
    Tsukruk, Vladimir V.
MXene‐Nanoflakes‐Enabled All‐Optical Nonlinear Activation Function for On‐Chip Photonic Deep Neural Networks
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  • DOI:
    10.1002/adma.202210216
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Hazan, Adir;Ratzker, Barak;Zhang, Danzhen;Katiyi, Aviad;Sokol, Maxim;Gogotsi, Yury;Karabchevsky, Alina
  • 通讯作者:
    Karabchevsky, Alina
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  • 作者:
    Wubo Wan;Zongbin Zhao;Han Hu;Yury Gogotsi;jieshan Qiu
  • 通讯作者:
    jieshan Qiu

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    2002
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  • 资助金额:
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知道了