Influência da intercalação de íons metálicos na dinâmica vibracional da água confinada entre as camadas de MXene

Os carbonetos e carbonetos bidimensionais (2D) de metais de transição iniciais (MXenes) combinam alta condutividade com superfícies hidrofílicas, o que os torna promissores para armazenamento de energia, eletrocatálise e dessalinização da água. Os efeitos dos íons metálicos intercalados nos estados vibracionais da água confinada em Ti₃C₂Tₗ MXenes foram explorados usando dispersão de nêutrons inelástica (INS) e simulações de dinâmica molecular para entender melhor os mecanismos que controlam o comportamento dos MXenes em eletrólitos aquosos, purificação de água e outras aplicações importantes. Observamos um sinal de INS da água em todas as amostras, tanto nas pristine quanto com íons de lítio, sódio ou potássio intercalados entre as camadas 2D de Ti₃C₂Tₗ. No entanto, apenas uma pequena quantidade de água é encontrada residindo em Ti₃C₂Tₗ intercalada com íons metálicos. A água em Ti₃C₂Tₗ pristine é mais desordenada, com características semelhantes às de um volume maior, em contraste com Ti₃C₂Tₗ intercalada, onde a água é mais ordenada, independentemente dos íons metálicos usados para a intercalação. A ordenação da água confinada aumenta com o tamanho do íon. Essa descoberta é ainda confirmada por simulações de dinâmica molecular, que mostraram um aumento na interferência das moléculas de água com o aumento do tamanho do íon, resultando em uma diminuição concomitante na mobilidade da água, fornecendo assim diretrizes para personalizar as propriedades dos MXenes para aplicações energéticas e ambientais.