Sintonización del microambiente del agua confinada en Ti3C2Tx MXene mediante intercalación de cationes

Se ha encontrado recientemente que el microambiente local juega un papel importante en la actividad electrocatalítica de los nanomateriales. La modulación del microambiente mediante la adición de cationes de metales alcalinos en el electrolito se puede utilizar para suprimir la evolución de hidrógeno u oxígeno, extendiendo así la ventana electroquímica de los sistemas de almacenamiento de energía, o para ajustar la selectividad de los electrocatalizadores. Los MXenes son una gran familia de carburos, nitruros y carbonitruros de metales de transición bidimensionales que han mostrado potencial para su uso en aplicaciones de almacenamiento de energía electroquímica. Debido a sus superficies cargadas negativamente, los MXenes pueden acomodar cationes y moléculas de agua entre las capas. Sin embargo, la naturaleza del microambiente acuoso en el espacio intercapas del MXene se comprende poco. Aquí, aplicamos espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para investigar la formación de enlaces de hidrógeno del agua intercalada en Ti3C2Tx en función del catión intercalado y la humedad relativa. Cambios sustanciales en los espectros de FTIR después del intercambio de cationes demuestran que la formación de enlaces de hidrógeno de las moléculas de agua confinadas entre las capas del MXene depende fuertemente del catión. Además, la absorbancia infrarroja del agua confinada se correlaciona con la resistividad estimada mediante mediciones de 4 puntas y la distancia intercapas calculada a partir de patrones de XRD. Este trabajo demuestra que la intercalación de cationes modula fuertemente el microambiente confinado, que puede ser utilizado para ajustar la actividad o selectividad de las reacciones electroquímicas en el espacio intercapas de los MXenes en el futuro.