Laser-Induced-Structural Transformation in Ti3CNTx MXene Monitored by Raman Spectroscopy with DFT Insight
MXeny to nowa klasa dwuwymiarowych (2D) nanomateriałów, które budzą coraz większe zainteresowanie ze względu na szerokie możliwości modyfikowania ich struktury atomowej, składu oraz grup powierzchniowych. Analiza ramanowska jest powszechnie stosowana do badania właściwości strukturalnych i funkcjonalnych nanomateriałów, w tym MXenów (takich jak Ti3C2Tx i Ti3CNTx). Dotychczasowe piśmiennictwo dotyczące MXenu Ti3CNTx zawiera niespójne interpretacje widm oraz niejednoznaczne wskazówki dotyczące optymalnych warunków wzbudzenia laserowego i pozostaje w dużej mierze niezbadane. Aby uzupełnić te luki, przeprowadzono kompleksowe badania metodą spektroskopii Ramana MXenu Ti3CNTx otrzymanego w wyniku syntezy hydrotermalnej wspomaganej mikrofalami, stosując różne długości fali promieniowania wzbudzającego (457, 514,5, 532 i 660 nm) oraz różne moce lasera. W przeprowadzonej analizie dla każdej długości fali wyznaczono progowe wartości mocy lasera, poniżej których zachowane są cechy charakterystyczne dla MXenu, a powyżej których efekty fototermiczne prowadzą do powstawania węgla amorficznego i faz TiO2 oraz do domieszkowania azotem. Aby wesprzeć interpretację obserwacji doświadczalnych i ułatwić przypisanie pasm widmowych odpowiednim modom drgań, wykonano obliczenia w ramach teorii funkcjonału gęstości dla monowarstwy MXenu Ti3CNTx funkcjonalizowanej grupami ─OH, ─F i ─Cl. Dodatkowo oceniono stabilność środowiskową cienkiej warstwy MXenu Ti3CNTx w warunkach otoczenia. Materiał zachował nienaruszoną strukturę, a przez ponad miesiąc nie zaobserwowano znaczących zmian w widmach. Wyniki te otwierają drogę do zastosowania tych materiałów w zaawansowanych technologiach opartych na materiałach w stanie stałym i wykorzystujących obróbkę laserową, m.in. w czujnikach, elektrodach i elektronice.
Artykuł:
Small
Autorzy z PW:
Agnieszka Jastrzębska, Muhammad Abiyyu Kenichi Purbayanto, Dorota Moszczyńska, Narayan Som, Madhurya Chandel, Subrata Ghosh
Dyscyplina:
Rok wydania: