에너지 저장 소재로 각광받고 있는 2차원 신소재 MXene과 관련하여 현재까지 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 일반적인 분석 기술로 MXene 소재를 분석하는 데에는 한계가 있다. 특히 MXene 소재의 산화 특성에 관한 메커니즘은 아직까지 완전히 규명된 바가 없으며 표면 종단 특성과 내부 층상구조 이온 및 불순물에 대해서도 정확한 분석이 요구되고 있다. 이를 위해 연구진은 원자탐침현미경(APT)를 활용하여 Ti3C2Tx MXene 소재를 합성된 상태로 분석, 알칼리 원소인 리튬(Li)과 나트륨(Na) 및 할로겐 원소인 염소(Cl)와 불소(F)가 소재 내부에 존재함을 규명하였다. 연구진이 APT 분석을 통해 밝힌 알칼리 원소 불순물은 MXene 소재 산화 후에 TiO2 나노 와이어에 다량 분포하게 되어, 이 같은 원소가 촉매 평가 과정에서 소재의 활동도에 영향을 줄 수 있으므로 소재 특성을 저하시킬 수 있음을 제안하였다. 연구진은 이 같은 연구를 통하여 원자 단위 3D 분석이 가능한 APT의 신소재 분석 성능을 보여주었을 뿐만 아니라, 각광받는 신소재인 Mxene 소재의 성능 저하 원인 규명에 한 단계 다가갈 수 있도록 했다.

Extensive research has been conducted on MXene, a promising two-dimensional material for energy storage. However, conventional analytical techniques are unable to fully analyse MXene materials. In particular, the oxidation characteristics and precise analysis of surface termination properties, internal layered structure ions, and impurities of MXene remain unresolved. In order to address these challenges, our research team synthesised Ti3C2Tx MXene and employed Atom Probe Tomography (APT) for its analysis. The material was found to contain alkali elements, namely lithium (Li) and sodium (Na), in addition to halogen elements, including chlorine (Cl) and fluorine (F). Following oxidation, these alkali impurities were found in abundance within the TiO2 nanowires, indicating the potential for their influence on material activity during catalytic evaluation and subsequent performance degradation. This study not only exemplifies the sophisticated material analysis capabilities of APT, enabling atomic-level 3D analysis, but also advances the understanding of performance degradation causes in MXene materials.