211service.com
Przepraszamy, grafen — borofen to nowy cudowny materiał, który wszystkich ekscytuje
Jury | Wikimedia Commons
Nie tak dawno grafen był wspaniałym nowym cudownym materiałem. Super mocny arkusz węglowego drutu z kurczaka o grubości atomu, który może tworzyć rurki, kulki i inne ciekawe kształty. A ponieważ przewodzi elektryczność, naukowcy zajmujący się materiałami podnieśli perspektywę nowej ery przetwarzania komputerowego opartego na grafenie i lukratywnego przemysłu chipów grafenowych. Unia Europejska zainwestowała 1 miliard euro w ożywienie przemysłu grafenowego.
Ten wspaniały nowy świat oparty na grafenie jeszcze się nie urzeczywistnił. Ale wzbudziło zainteresowanie innymi dwuwymiarowymi materiałami. A najbardziej ekscytującym ze wszystkich jest borofen: pojedyncza warstwa atomów boru, które tworzą różne struktury krystaliczne.
Powodem ekscytacji jest niezwykła gama zastosowań, w których dobrze wygląda borofen. Elektrochemicy sądzą, że borofen może stać się materiałem anodowym w nowej generacji potężniejszych akumulatorów litowo-jonowych. Chemicy są zachwyceni jego zdolnościami katalitycznymi. Fizycy testują jego zdolności jako czujnika do wykrywania wielu rodzajów atomów i molekuł.
Dzisiaj Zhi-Qiang Wang z Uniwersytetu Xiamen w Chinach wraz z kilkoma kolegami dokonuje przeglądu niezwykłych właściwości borofenu i zastosowań, do jakich może on prowadzić.
Borofen ma krótką historię. Fizycy po raz pierwszy przewidzieli jego istnienie w latach 90. za pomocą symulacji komputerowych, aby pokazać, w jaki sposób atomy boru mogą tworzyć monowarstwę.
Ale ta egzotyczna substancja została zsyntetyzowana dopiero w 2015 roku przy użyciu chemicznego osadzania z fazy gazowej. Jest to proces, w którym gorący gaz atomów boru kondensuje na chłodnej powierzchni czystego srebra.
Regularny układ atomów srebra zmusza atomy boru do podobnego wzoru, z których każdy wiąże się z aż sześcioma innymi atomami, tworząc płaską strukturę heksagonalną. Jednak znaczna część atomów boru wiąże się tylko z czterema lub pięcioma innymi atomami, co powoduje powstawanie wakatów w strukturze. To właśnie układ wakatów nadaje kryształom borofenu ich wyjątkowe właściwości.
Od czasu syntezy borofenu chemicy chętnie scharakteryzowali jego właściwości. Borofen okazuje się silniejszy niż grafen i bardziej elastyczny. Jest dobrym przewodnikiem zarówno elektryczności, jak i ciepła, a także nadprzewodnikiem. Właściwości te różnią się w zależności od orientacji materiału i rozmieszczenia wakatów. To sprawia, że jest przestrajalny, przynajmniej w zasadzie. To jeden z powodów, dla których chemicy są tak podekscytowani.
Borofen jest również lekki i dość reaktywny. To czyni go dobrym kandydatem do przechowywania jonów metali w akumulatorach. Borofen jest obiecującym materiałem anodowym do akumulatorów jonowych Li, Na i Mg ze względu na wysokie teoretyczne pojemności właściwe, doskonałą przewodność elektronową i doskonałe właściwości transportu jonów, mówią Wang i spółka.
Atomy wodoru również łatwo przywierają do jednowarstwowej struktury borofenu, a ta właściwość adsorpcji w połączeniu z ogromną powierzchnią warstw atomowych sprawia, że borofen jest obiecującym materiałem do przechowywania wodoru. Badania teoretyczne sugerują, że borofen może przechowywać ponad 15% swojej masy w wodorze, znacznie przewyższając inne materiały.
Następnie istnieje zdolność borofenu do katalizowania rozkładu wodoru cząsteczkowego na jony wodorowe, a wody na jony wodorowe i tlenowe. Zespół twierdzi, że wybitne właściwości katalityczne borofenu stwierdzono w reakcji wydzielania wodoru, reakcji redukcji tlenu, reakcji wydzielania tlenu i reakcji elektroredukcji CO2. To może zapoczątkować nową erę cykli energetycznych opartych na wodzie.
Niemniej jednak chemicy mają trochę pracy do wykonania, zanim borofen będzie mógł być szerzej stosowany. Po pierwsze, muszą jeszcze znaleźć sposób na wytwarzanie borofenu w dużych ilościach. A reaktywność materiału oznacza, że jest on podatny na utlenianie, dlatego należy go starannie chronić. Oba czynniki powodują, że borofen jest drogi w produkcji i trudny w obsłudze. Przed nami więc praca.
Ale chemicy mają wielką wiarę. Borofen może stać się kolejnym cudownym materiałem, który wkroczy na świat.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1903.11304 : Przegląd borofenu i jego potencjalnych zastosowań