Un equipo de investigación conjunto de la Universidad de Drexel y el Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) ha publicado recientemente en Nature Communications un importante descubrimiento que revela el comportamiento único del agua confinada en materiales bidimensionales MXene y su impacto en las propiedades del material. Este estudio proporciona una nueva perspectiva para comprender las propiedades fundamentales del agua a escala nanométrica.
El equipo de investigación realizó un análisis sistemático de muestras de MXene con diferentes iones y agua confinada utilizando la fuente de luz sincrotrón BESSY II. Los resultados experimentales mostraron que las moléculas de agua confinadas entre las capas de MXene forman espontáneamente racimos de hielo amorfo, lo que provoca un aumento en la distancia entre capas del material y desencadena una transición de propiedades metálicas a semiconductoras. El Dr. Tristan Petit, científico del HZB, declaró: "Cuando se calienta por encima de los 300 K, los racimos se disuelven nuevamente, restaurando la distancia entre capas y su comportamiento metálico."
Katherine Mazzio, coautora principal del estudio, señaló: "MXene es un material ideal para estudiar las transiciones de fase del agua confinada y puede proporcionar nuevas perspectivas sobre cómo se comporta el agua a escala nanométrica." Los investigadores confirmaron, mediante diversas técnicas de rayos X, que la red de enlaces de hidrógeno formada por las moléculas de agua confinadas entre las capas de MXene posee propiedades especiales, características que no se observan en el agua en estado masivo convencional.
Los MXenes, como una nueva clase de materiales bidimensionales compuestos por carburos y nitruros de metales de transición, poseen una estructura laminar particularmente adecuada para estudiar el comportamiento del agua en entornos confinados. El equipo de investigación indicó que el siguiente paso será utilizar modelos computacionales para comprender mejor el mecanismo de formación del hielo amorfo y su impacto en el transporte electrónico. Estos hallazgos no solo amplían la comprensión de las propiedades fundamentales del agua, sino que también podrían impulsar el desarrollo de aplicaciones de MXene en áreas como el almacenamiento de energía y la catálisis.
