Descobertos em 2011 na Drexel University,[15] os MXenos são carbonetos, nitretos e carbonitretos de metais de transição hidrofílicos. Eles têm a estrutura geral Mn+1XnTx , onde M é um metal de transição (Ti, V, Nb, Mo, Cr, Ta, Hf), X é carbono e/ou azoto, Tx representa as terminações da superfície (geralmente =O, -OH, -F, ou -Cl), e n = 1-4.[16]. [Eles] têm propriedades úteis extraordinárias que levam a aplicações potenciais em comunicação, tecnologia de energia e vários outros campos.
Eles são produzidos usando uma abordagem de "etching" seletivo escalável, permitindo a transição do uso em laboratório para uma produção industrial mais ampla. Para conseguir isso, no entanto, ainda é necessário realizar um trabalho significativo sobre a relação síntese-estrutura-propriedade, em obter estruturas e composições MXene mais diversas, e na otimização do processamento.
(...) O primeiro uso estudado para MXenos (e mais abrangente [31] até agora) foi o armazenamento de energia,[15] e desde então expandiu-se para incluir supercapacitores [19, 21, 32-34] e todos os tipos de baterias [30, 35, 36]. Outro campo altamente promissor é a comunicação [37] e proteção contra interferência eletromagnética (EMI),[38-40] onde os MXenos demonstraram superar o grafeno e os compostos à base de carbono e são tão eficazes quanto os metais, mesmo em camadas transparentes de 40-50 nm.
Se uma película MXeno de carboneto de titânio com espessura micrométrica processada a partir de uma solução aquosa puder substituir uma folha de cobre ou alumínio de 15-30 µm como coletor de corrente, interconexão, antena ou blindagem de interferência eletromagnética, há uma vantagem tecnológica muito óbvia que pode ser usada em aplicações em que o tamanho e a redução de peso é importante.
Devido à sua alta resistência e condutividade, os MXenos foram incorporados em metal,[41] cerâmica,[42] e compósitos de matriz polimérica para criar componentes estruturais,[43, 44] têxteis inteligentes (Fig. 3d,e),[45] e materiais multifuncionais.[46,47]. Além disso, os MXenos estão a ser cada vez mais utilizados para esforços de remediação ambiental, incluindo remoção de metais pesados,[48] dessalinização,[49] e absorção de poluição.[48] .
Além disso, existem muitas outras aplicações de MXenos exploradas, incluindo catálise, eletrônica, aplicações biomédicas, como terapia fotodinâmica do cancro,[50] regeneração de dialisato,[51] elétrodos implantáveis,[52] lentes intraoculares,[53] etc. Num filme de MXeno que substitui um elétrodo de metal de ouro ou platina na tecnologia médica, não há apenas desempenho, mas também uma vantagem significativa de preço.
(...) Embora os MXenos sejam promissores em muitos campos, ainda há muito trabalho a ser feito para alcançar seu uso generalizado. Recentemente, foi demonstrado que a síntese de MXenos é escalável e que nenhuma perda de propriedades ocorre quando o tamanho do lote é aumentado de 1 g para 50 g.[54] Além disso, a Murata Manufacturing Co., Ltd. está a trabalhar numa linha de produção de protótipo piloto à escala de kg, com base no projeto do reator de 1 L.
(...) Embora os MXenos sejam escaláveis e possuam propriedades interessantes, eles caem em algumas das mesmas armadilhas que outros materiais 2D (ou novos materiais, em geral) enfrentam. Por exemplo, é possível sintetizar MXenos baseados em Sc, mas devido ao custo e reatividade do metal, eles dificilmente encontrarão uso generalizado, se houver. Em vez disso, os cientistas devem considerar esse material como uma forma de entender melhor a família MXeno, para usá-lo quase exclusivamente para realizar pesquisas fundamentais.
(...) A grande maioria dos artigos de investigação sobre MXenos concentra-se nas suas aplicações, mas mais necessidades são colocadas quanto às suas propriedades fundamentais - essencialmente o que lhes dá as propriedades e funcionalidades que os tornam tão desejáveis, e como podemos controlar e aumentar isso.
Fonte: C.E. Shuck, Y. Gogotsi, Taking MXenes from the lab to commercial products, Chemical Engineering Journal, 401 (2020) 125786.