Surface Functionalization of 2D MXenes: Trends in Distribution, Composition, and Electronic Properties

MXenes公司 密度泛函理论 表面改性 材料科学 作文(语言) 氮化物 化学物理 纳米技术 计算化学 化学 物理化学 图层(电子) 语言学 哲学
作者
Rina Ibragimova,Paul Erhart,Patrick Rinke,Hannu‐Pekka Komsa
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (9): 2377-2384 被引量:125
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.0c03710
摘要

Using a multiscale computational scheme, we study the trends in distribution and composition of the surface functional groups −O, −OH, and −F on two-dimensional (2D) transition metal carbides and nitrides (MXenes). We consider Ti2N, Ti4N3, Nb2C, Nb4C3, Ti2C, and Ti3C2 to explore MXenes with different chemistry and different number of atomic layers. Using a combination of cluster expansion, Monte Carlo, and density functional theory methods, we study the distribution and composition of functional groups at experimentally relevant conditions. We show that mixtures of functional groups are favorable on all studied MXene surfaces. The distribution of functional groups appears to be largely independent of the type of metal, carbon, or nitrogen species and/or number of atomic layers in the MXene. We further show that some properties (e.g., the work function) strongly depend on the surface composition, while others, for example, the electric conductivity, exhibit only a weak dependence.
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