بهبود پارامترهای سنتز نانو ذره دو بعدی مکسین Ti3C2TX با استفاده از تلفیق آسیاب مکانیکی و شیمیایی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده فیزیک و مهندسی هسته‌ایی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی و مواد، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

چکیده

در این پژوهش، ماده با ساختار فاز مکسین به نام Ti3C2TX از پیش ماده Ti3AlC2، با استفاده از اسید هیدروفلوئوریک (HF) 40% تولید شد. فاز مکس با ترکیب Ti3AlC2 از روش مکانیکی و سپس قرارگیری در کوره با دمای بالا سنتز شد. به این منظور از مواداولیه تیتانیوم کاربید (TiC)، تیتانیوم (Ti) و آلومینیوم (Al) با نسبت اتمی 1:1:2 به دلیل ظرفیت حرارتی کم جهت افزایش خلوص Ti3AlC2 استفاده شد. پارامتر ساعات متفاوت مرحله­ ی آسیاب کاری مورد بررسی قرار گرفت. به منظور بررسی تأثیر مدت زمان آسیاب سیاره ­ای گلوله ­ای بر سنتز ماده Ti3AlC2 و سپس سنتز مکسین Ti3C2TX از تست ­های میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، طیف سنجی رامان و پراش پرتوی ایکس (XRD) استفاده شد. نتایج نشان داد که تغییر زمان آسیاب، تأثیر بسزایی بر کیفیت سنتز نمونه­ ی مکس Ti3AlC2 دارد و با افزایش این مدت زمان تا 9 ساعت اندازه ذره ­ها به کمتر از 38 میکرومتر رسیده و در طیف پراش پرتو ایکس تمامی قله ­های نمونه، مطابق الگوی استاندارد آن تشکیل شد و قله ­ی (002) که در این سنتز بسیار حائز اهمیت است و در زاویه (𝜃2) 14/9 درجه قرار دارد، در طیف دیده شد که نمایانگر سنتز بهینه نمونه Ti3AlC2 است و همچنین نتایج تست­های ساختاری و ریخت شناسی گویای آن است که مکسین Ti3C2TX نیز به صورت کامل لایه ­ای تولید شده است و در اثر اچینگ فاصله ­ی بین لایه ­ای از 968/0 به 019/1 نانومتر افزایش یافت. می ­توان ادعا کرد که با توجه به تغییر 14/9=𝜃2 برای فاز Ti3AlC2  به 67/8=𝜃2 برای فاز Ti3C2TX، مکسین با خلوص خوبی سنتز شده است.

کلیدواژه‌ها

مراجع

[1] کریمی، پویا؛ سنچولی، محمود؛ مطالعه­ ی قابلیت نانوساختارهای بر پایه­ی گرافن به عنوان باتری­های یون سدیم، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 38(4): 23 تا 30 (1398).
[2] Su  X, Zhang J, Mu H, Zhao J, Wang Zh, Zhao Zh, Han Ch, Ye Z, Effects of Etching Temperature and Ball Milling on the Preparation and Capacitance of Ti3C2 MXene, Alloys and Compounds, 752: 32-39 (2018).
[3] Zhang H., Ultrathin Two-Dimensional Nanomaterials, ACS Nano, 9: 9451-9469 (2015).
[4] Lakhe P, Prehn E M, Habib T, Lutkenhaus J L, Radovic M, Mannan M. S, Green M J., Process Safety Analysis for Ti3C2Tx MXene Synthesis and Processing, Industrial and Engineering Chemistry Research, 58: 1570-1579 (2019).
[5] Anasori B, Lukatskaya M R., Gogotsi Y, 2D Metal Carbides and Nitrides (MXenes) for Energy Storage, Nature Reviews Materials, 2 (2017).
[6] Sun W, Shah S. A., Chen Y., Tan Z., Gao H., Habib T., Radovic M., Green M. J., Electrochemical Etching of Ti2AlC to Ti2CT:X (MXene) in Low-Concentration Hydrochloric Acid Solution, Materials Chemistry A, 5: 21663-21668 (2017).
[7] Alhabeb M, Maleski K, Anasori B, Lelyukh P, Clark L, Sin S, Gogotsi Y, Guidelines for Synthesis and Processing of Two-Dimensional Titanium Carbide (Ti3C2Tx MXene), Chemistry of Materials, 29: 7633-7644 (2017).
[8] Hope Michael A., Forse Alexander C., Griffith Kent J., Lukatskaya Maria R., Ghidiu M., Gogotsi Y., Grey C P.,  NMR Reveals the Surface Functionalisation of Ti3C2 MXene, Royal Society of Chemistry,  18: 5099–5102 (2016).
[9] Ahmed B, Anjum D H., Gogotsi Y, Alshareef H N., Atomic Layer Deposition of SnO2 on MXene for Li-ion Battery Anodes, Nano Energy., 34: 249–256 (2017).
[10] Verger L., Natu V., Carey M., Barsoum M.W., MXenes: An Introduction of Their Synthesis, Select Properties, and Applications, Trends in Chemistry, 1: 656–669 (2019).
[11] Meng-Qiang Zh, Chang E. R, Zheng L, Maria R.L, Chuanfang Zh ,Katherine L. Van A, Michel W. Barsoum,Yury G, Flexible MXene/Carbon Nanotube Composite Paper with High Volumetric Capacitance, Advanced Materials, 27: 339–345 (2015).
[12] Ran J, Gao G, Li Fa T, Ma T Y, Du A, Qiao S Zh, Ti3C2 MXene Co-Catalyst on Metal Sulfide Photo-Absorbers for Enhanced Visible-Light Photocatalytic Hydrogen Production,  Nature Communications, 8: 1–10 (2017).
[13] Ren Chang E., Hatzell Kelsey B., Alhabeb M., Ling Zh., Mahmoud Khaled A., Gogotsi, Yury, Charge- and Size-Selective Ion Sieving Through Ti3C2Tx MXene Membranes, Physical Chemistry Letters, 6: 4026–4031 (2015).
[14] Chen J., Chen Ke, Tong D., Huang Y., Zhang J., Xue J., Huang Q., Chen T., CO2 and Temperature Dual Responsive “Smart” MXene Phases, The Royal Society of Chemistry,. 51: 314–317 (2015).
[15] Liu H, Wang Y, Yang L, Liu R, Zeng Ch, Synthesis and Characterization of Nanosized Ti3AlC2 Ceramic Powder by Elemental Powders of Ti, Al and C in Molten Salt, Journal of Materials Science and Technology, 37: 77–84 (2020).
[16] Shahin N., Kazemi Sh, Heidarpour A., Mechanochemical Synthesis Mechanism of Ti3AlC2 MAX Phase from Elemental Powders of Ti, Al and C, Advanced Powder Technology, 27: 1775–1780 (2016).
[17] Joel E. von T, Konstantin L. Firestein, Joseph F.S. Fernando, Chao Zh., Dumindu P.. Siriwardena, Courtney-Elyce M. Lewis, Dmitri V. Golberg, The Effect of Ti3AlC2 MAX Phase Synthetic History on the Structure and Electrochemical Properties of Resultant Ti3C2 MXenes, Materials & Design , 108947 (2020).
[18] Li Zhengyang, W.L., Sun D., Zhang Y., Liu B., Hu Q., Zhou A., Synthesis and Thermal Stability of Two-Dimensional Carbide MXene Ti3C2, Materials Science and Engineering B,. 191: 33–40 (2015).
[19] Kvashina T.S., Uvarov N.F., Korchagin M.A., Krutskiy Yu L., Ukhina A.V., Synthesis of MXene Ti3C2 by Selective Etching of MAX-Phase Ti3AlC2, Materials Today: Proceedings., 31: 592–594 (2020).
[20] Kumar S, Lei Y, Alshareef Niman H., Quevedo-Lopez M.A., Salama Khaled N., Biofunctionalized Two-Dimensional Ti3C2 MXenes for Ultrasensitive Detection of Cancer Biomarker, Biosensors and Bioelectronics, 121: 243–249 (2018).
[21] Shuck Christopher E., Han M., Maleski K., Hantanasirisakul K., Kim S.J., Choi J., Reil William E.B., Gogotsi Y, Effect of Ti3AlC2 MAX Phase on Structure and Properties of Resultant Ti3C2Tx MXene, ACS Applied Nano Materials, 2: 3368–3376 (2019).
[22] Lian P., Dong Y., Wu Zhong Sh., Zheng Sh., Wang S., Sun Ch., Qin J., Shi X., Bao X., Alkalized Ti3C2 MXene Nanoribbons with Expanded Interlayer Spacing for High-Capacity Sodium and Potassium Ion Batteries, Nano Energy., 40: 1–8 (2017).
[23] Wang Y., Wang J., Han G., Du Ch., Deng Q., Gao Y., Yin G., Song Y., Pt Decorated Ti3C2 MXene for Enhanced Methanol Oxidation Reaction, Ceramics International., 45: 2411–2417 (2019).
[24] Zhao Ch., Wang Q., Zhang H., Passerini S., Qian X., Two-Dimensional Titanium Carbide/RGO Composite for High-Performance Supercapacitors, ACS Applied Materials and Interfaces., 8: 15661–15667 (2016).
[25] Paul R., Gayen R. N., Biswas S., Bhat S. Venkataprasad, Bhunia R., Enhanced UV Detection by Transparent Graphene Oxide/ZnO Composite Thin Films, RSC Advances., 6: 61661–61672 (2016).
[26] Ismai, M.A., Taha K.K., Modwi A., Khezami L., ZnO Nanoparticles: Surface and X-Ray Profile Analysis, Ovonic Research, 14: 381–393 (2018).
[27] Yasaei P., Hemmat Z., Foss Cameron J., Li Shixuan J., Hong L, Behranginia A, Majidi L, Klie Robert F., Barsoum Michel W., Aksamija Z, Salehi-Khojin A, Enhanced Thermal Boundary Conductance in Few-Layer Ti3C2 MXene with Encapsulation, Advanced Materials., 30: 10–20 (2018).
[28] Yu H, Suo X, Gong Y, Zhu Y, Zhou J, Li H, Eklund P, Huang Q, Ti3AlC2 Coatings Deposited by Liquid Plasma Spraying, Surface and Coatings Technology. 299: 123–128 (2016).
[29] Yali Y., Dainan Z., Quanjun X., Plasma-Modified Ti3C2Tx/CdS Hybrids with Oxygen-Containing Groups for High-Efficiency Photocatalytic Hydrogen Production, Nanoscale. 3: 10715–10722 (2019).

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار