Les MXènes pour le stockage de l'énergie : l'imagerie chimique ne se limite pas à la surface
Une nouvelle méthode de spectromicroscopie améliore considérablement l'étude des réactions chimiques à l'échelle nanométrique, à la fois sur les surfaces et à l'intérieur des matériaux en couches. La microscopie à rayons X à balayage (SXM) à la ligne de faisceau MAXYMUS de BESSY II permet d'étudier les espèces chimiques adsorbées sur la couche supérieure (surface) ou intercalées dans l'électrode MXene (bulk) avec une grande sensibilité chimique. La méthode a été développée par une équipe du HZB dirigée par le Dr Tristan Petit. Les scientifiques ont notamment démontré la première SXM sur des paillettes de MXène, un matériau utilisé comme électrode dans les batteries lithium-ion.
Quelle est la particularité des MXènes et pourquoi cette nouvelle méthode est-elle si précieuse ? Ce court dessin animé répond à ces questions en quelques images seulement. Les images ont été créées avec l'aide de ChatGPT.
© Faidra Amargianou/ChatGPT
Depuis leur découverte en 2011, les MXènes ont suscité un grand intérêt scientifique en raison de leurs propriétés polyvalentes et de leurs diverses applications, du stockage de l'énergie au blindage électromagnétique. Les chercheurs s'efforcent de décrypter la chimie complexe des MXènes à l'échelle nanométrique.
L'équipe du Dr Tristan Petit a réalisé des progrès significatifs dans la caractérisation des MXènes, comme le décrit leur récente publication. Ils ont utilisé le SXM pour étudier la liaison chimique des MXènes Ti3C2Tx, Tx désignant les terminaisons (Tx=O, OH, F, Cl), avec une haute résolution spatiale et spectrale. La nouveauté de ce travail consiste à combiner simultanément deux modes de détection, la transmission et le rendement électronique, ce qui permet de sonder à différentes profondeurs.
Le SXM a fourni des informations détaillées sur la composition chimique et la structure des MXènes. Selon Faidra Amargianou, premier auteur de l'étude : "Nos résultats mettent en lumière les liaisons chimiques au sein de la structure des MXènes et avec les espèces environnantes, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour leur utilisation dans diverses applications, en particulier dans le stockage électrochimique de l'énergie."
Pour la première fois, le SXM a été utilisé pour imager les MXènes, révélant les détails de la liaison locale entre le titane et les terminaisons au sein de la structure du MXène. Les chercheurs ont également examiné l'influence de différentes voies de synthèse sur la chimie du MXène, mettant en lumière l'impact des terminaisons sur les propriétés électroniques du MXène.
En outre, l'application du SXM à l'analyse des matériaux à base de MXène dans les batteries lithium-ion a permis d'obtenir des informations précieuses sur les modifications de la chimie du MXène après le cycle de vie de la batterie. Comme l'explique Faidra Amargianou, "la majeure partie de l'électrode de MXène reste stable pendant le cycle électrochimique avec des signes d'intercalation possible de Li+. L'électrolyte ne conduit pas à la dégradation du MXène et se dépose sur l'électrode de MXène".
En résumé, cette étude fournit des informations précieuses sur la chimie locale des MXènes et souligne le potentiel du SXM dans la caractérisation d'autres matériaux en couches. Comme le conclut M. Petit, "ce travail met en évidence l'importance des techniques d'imagerie chimique avancées telles que le SXM pour démêler les interactions des matériaux en couches dans les systèmes complexes. Nous travaillons actuellement à la réalisation de mesures électrochimiques in situ par SXM directement dans un environnement liquide".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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