La electrólisis del agua para producir hidrógeno (HER) es la tecnología clave para obtener hidrógeno verde, pero los catalizadores de metales preciosos existentes (como el platino) son costosos y difíciles de aplicar a gran escala. Los científicos están centrando su atención en el material bidimensional MXene.
Los MXenos sintetizados actualmente provienen principalmente de precursores de la fase MAX, y la síntesis controlada de MXenos basados en tungsteno es extremadamente compleja debido a la inestabilidad predicha por los cálculos. Por lo tanto, encontrar estrategias de síntesis adecuadas para preparar catalizadores HER eficientes aún presenta numerosos desafíos.
El 28 de marzo de 2025, la revista Nature Synthesis informó que los investigadores utilizaron cálculos teóricos para guiar el grabado preciso de capas de tungsteno unidas covalentemente, obteniendo W2TiC2Tx MXene ordenado atómicamente y resolviendo el problema de la delaminación entre capas.

En este trabajo, los investigadores predijeron la viabilidad del grabado de capas de tungsteno en (W, Ti) 4C4 ₋ y mediante cálculos DFT y descubrieron que el dopaje excesivo con aluminio (precursor 2Al) puede reducir las impurezas de oxígeno y promover el grabado selectivo. Sintetizaron el metal de transición doble ordenado MXene (W₂TiC₂Tx) mediante el grabado selectivo de capas de tungsteno con enlaces covalentes a partir de precursores de carburo (W, Ti) 4C4-y no MAX estratificados, utilizando HCl LiF.
Las investigaciones han demostrado que el W2TiC2Tx MXene pelado presenta un excelente rendimiento HER, con un sobrepotencial de tan solo 144 mV a una densidad de corriente de 10 mA cm-2, muy superior al W1.33CtX MXene existente. La DFT muestra que la energía libre de adsorción de hidrógeno (Δ Gad = -0,37 eV) del sitio de coordinación W-Ti3 en la superficie mixta de tungsteno y titanio es cercana a la neutralidad térmica y superior a la de la superficie de tungsteno puro (Δ Gad = -1,79 eV).
Además, el material presenta una alta conductividad de 427 Scm⁻¹ a temperatura ambiente, lo cual se ajusta al modelo de salto de rango variable (VRH), lo que indica que el transporte de electrones entre capas es dominante. Bajo la acción de un láser de femtosegundo de 800 nm, el material presenta un comportamiento de absorción antisaturación, y su alta conductividad y estabilidad lo hacen potencialmente valioso en aplicaciones optoelectrónicas y láser.
Este estudio rompe el paradigma de síntesis tradicional de MXene y aporta nuevas ideas para construir catalizadores HER eficientes y nuevos materiales 2D.

Nombre de la literatura: Síntesis de un MXeno de tungsteno 2D para electrocatálisis.

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