Innovador método para crear materiales inorgánicos en capas con aplicaciones tecnológicas

Innovación en materiales 2D: Edición selectiva de capas en fases MAX

Un equipo de científicos de la Academia China de Ciencias, liderado por el Prof. Huang Qing, ha desarrollado un revolucionario método para modificar las capas internas de materiales avanzados llamados fases MAX. Esta técnica abre la puerta a la creación de nuevos materiales inorgánicos bidimensionales (2D) con propiedades y usos tecnológicos altamente prometedores.

¿Qué son las fases MAX y por qué son importantes?

Las fases MAX tienen una estructura en capas definida por la fórmula química Mn+1AXn, donde ‘M’ es un metal de transición temprano como el titanio, ‘A’ es un elemento del grupo principal como el aluminio o silicio, y ‘X’ corresponde a carbono o nitrógeno. Su estructura laminada, con capas metálicas fuertes intercaladas por capas más débiles, las convierte en candidatas ideales para producir materiales 2D.

Materiales 2D: potencial para baterías, catalizadores y más

Los materiales 2D derivados de las fases MAX, conocidos como MXenes, son solo unos átomos de espesor y poseen composiciones elementales y superficies ajustables. Estas características los hacen ideales para aplicaciones en almacenamiento energético, catálisis y protección contra interferencias electromagnéticas. Habitualmente, se crean mediante eliminación química de ciertos átomos utilizando ácidos hidrofúricos o sales fundidas ácidas de Lewis.

Desafio con fases MAX de carácter covalente y la solución innovadora

Algunas fases MAX contienen capas subyacentes covalentes donde elementos no metálicos (como oxígeno, azufre o fósforo) ocupan sitios «A». Los métodos tradicionales no podían eliminar estos átomos debido a la fuerte unión covalente, limitando la producción de materiales 2D derivados.

Mediante un control preciso de la entalpía de formación en reacciones diseñadas para atacar selectivamente estas subcapas, el equipo científico logró remplazar los elementos en la posición «X» por otros no metálicos. Adicionalmente, el uso de cationes ácidos de Lewis facilitó la reducción del estado de oxidación de los metales, permitiendo la incorporación de elementos como azufre y selenio, y transformando fases MAX no basadas en Van der Waals en materiales con capas que interactúan mediante fuerzas Van der Waals.

Materiales TMXC: la combinación perfecta entre MXenes y dicálcogenuros metálicos

Esta técnica condujo a la síntesis de una nueva familia de materiales 2D, denominados carburos/nitruros de metales de transición con dicálcogenuros (TMXC). Estos materiales integran las características distintivas de los MXenes y los dicálcogenuros de metales de transición, con elementos como carbono, nitrógeno, boro, fósforo, azufre y selenio, logrando modular sus propiedades electrónicas intrínsecas.

Aplicaciones futuras y perspectivas

Los avances abren un camino innovador para estructurar y exfoliar compuestos ternarios enlazados covalentemente, con un alto potencial en almacenamiento electroquímico de energía a altas temperaturas y en catálisis. La manipulación controlada de estas estructuras permitirá el desarrollo de dispositivos más eficientes y con nuevas funcionalidades.

Más información

Este estudio representa un salto significativo en el diseño y síntesis de materiales bidimensionales, mostrando cómo la ingeniería química precisa puede expandir las fronteras de la tecnología de materiales para aplicaciones futuras.

Para conocer más sobre innovaciones en materiales y nanotecnología, puedes consultar también nuestra sección dedicada a Nanotecnología.