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MXenes: A new family of two-dimensional materials for electronic and energy harvesting applications

研究課題

研究課題/領域番号 17K14804
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 金属物性・材料
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

KHAZAEI Mohammad  国立研究開発法人理化学研究所, 計算科学研究センター, 研究員 (50431599)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 中途終了 (2018年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2019年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードMAX phase / MAB phases / MXene / MBene / exfoliation / Topological insulator / piezoelectric / Chemical exfoliation / MAX Phases / MXenes / two-dimensional
研究実績の概要

Recently, a group of new MAX phases with in-plane ordered double transition metals have been synthesized. Experimentally, some of these MAX phases have also been chemically exfoliated into 2D MXenes. In this fiscal year, firstly, I could show that their pristine, F, and OH-terminated 2D MXenes are metallic. However, upon O termination, they turn into semiconducting. Owing to the absence of centrosymmetry, these semiconducting MXenes may find applications in piezoelectricity. My calculations reveal that the newly discovered semiconducting MXenes possess giant piezoelectric coefficie. Secondly, considering the recent breakthroughs in the synthesis of novel two-dimensional (2D) materials from layered bulk structures, ternary layered transition metal borides, known as MAB phases, have received attention to obtain novel 2D transition metal borides, so-called MBene. By comparing the formation energies of many MAB phases with those of their available competing binary M-B and M-Al, and ternary M-Al-B phases, I found that some of the Sc-, Ti-, V-, Cr-, Mo-, W-, Mn-, Tc-, and Fe- based MAB phases can be favorably synthesized in an appropriate experimental condition. In addition, by examining the strengths of various bonds in MAB phases, I could find that the B-B and then M-B bonds are stiffer than the M-Al and Al-B bonds. The different strength between these bonds implies the etching possibility of Al atoms from MAB phases, consequently formation of various 2D MB, M2B3, and M3B4 MBenes.

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Recent advances in MXenes: from fundamentals to applications2019

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Khazaei, Anavish Mishra, Natarajan S. Venkataramanan, Abhishek K. Singh, Seiji Yunoki
    • 雑誌名

      Curr. Opin. Solid State Mater. Sci

      巻: - 号: 3 ページ: 164-178

    • DOI

      10.1016/j.cossms.2019.01.002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic structures of iMAX phases and their two-dimensional derivatives: A family of piezoelectric materials2018

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Khazaei, Vei Wang, Cem Sevik, Masao Arai, Seiji Yunoki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Materials

      巻: 2 号: 7 ページ: 074002-074002

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.2.074002

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Insights into exfoliation possibility of MAX phases to MXenes2018

    • 著者名/発表者名
      Khazaei Mohammad、Ranjbar Ahmad、Esfarjani Keivan、Bogdanovski Dimitri、Dronskowski Richard、Yunoki Seiji
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 13 ページ: 8579-8592

    • DOI

      10.1039/c7cp08645h

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic properties and applications of MXenes: a theoretical review2017

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Khazaei, Ahmad Ranjbar, Masao Arai, Taizo Sasaki, and Seiji Yunoki
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry C

      巻: 5 号: 10 ページ: 2488-2503

    • DOI

      10.1039/c7tc00140a

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Theoretical prediction of two-dimensional functionalized MXene nitrides as topological insulators2017

    • 著者名/発表者名
      Liang Yunye、Khazaei Mohammad、Ranjbar Ahmad、Arai Masao、Yunoki Seiji、Kawazoe Yoshiyuki、Weng Hongming、Fang Zhong
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 19 ページ: 195414-195414

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.195414

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Application of DFT calculations for predicting the structural and electronic properties of materials2018

    • 著者名/発表者名
      Mohamma Khazaei
    • 学会等名
      Roadmap on computer science and computational science in the future AICS and HPC communities
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electronic structure of MAX phases and Mxenes2017

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Khazaei
    • 学会等名
      The 9th conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 2D Transition Metal Carbides and Nitrides (MXenes): Structure, Properties, and Applications2019

    • 著者名/発表者名
      Mohammad Khazaei, Ahmad Ranjbar, Yunye Liang, and Seiji Yunoki
    • 出版者
      Springer-Nature
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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