Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Рисунок 1: Вероятные кристаллические структуры экспериментально полученных борофенов: (а) борофен β 12 (он же γ лист или υ 1/6 лист), (б) χ 3 борофен (он же υ 1/5 лист)

Борофен представляет собой кристаллический атомный монослой бора , то есть это двумерный аллотроп бора, также известный как лист бора . Впервые предсказанные теорией в середине 1990-х [1] различные структуры борофена были экспериментально подтверждены в 2015 году. [2] [3]

Свойства [ править ]

Экспериментально на чистых металлических поверхностях в условиях сверхвысокого вакуума синтезированы различные атомно-тонкие, кристаллические и металлические борофены. [2] [3] Их атомная структура состоит из смешанных треугольных и гексагональных мотивов, как показано на рисунке 1. Атомная структура является следствием взаимодействия между двухцентровыми и многоцентровыми связями в плоскости, что типично для электронодефицитные элементы, такие как бор. [4]

Борофены демонстрируют плоскую эластичность и идеальную прочность. Они могут быть прочнее графена и более гибкими в некоторых конфигурациях. [5] Например, борные нанотрубки имеют более высокий 2D модуль Юнга, чем любые другие известные углеродные и неуглеродные наноструктуры. [6] Борофены претерпевают новый структурный фазовый переход при растягивающей нагрузке в плоскости из-за потокового характера их многоцентровой связи в плоскости. [7] Борофен может использоваться как анод.материал для аккумуляторов благодаря высокой теоретической удельной емкости, электронной проводимости и свойствам переноса ионов. Водород легко адсорбируется борофеном, имеет потенциал для хранения водорода - более 15% от его веса. Борофен может катализировать распад молекулярного водорода на ионы водорода и восстанавливать воду. [5]

История [ править ]

Рисунок 2: A B
36кластер можно рассматривать как мельчайший борофен; вид спереди и сбоку

Вычислительные исследования И. Бустани и А. Квандта показали, что небольшие кластеры бора не принимают икосаэдрическую геометрию, как бораны , вместо этого они оказываются квазипланарными (см. Рис. 2). [1] Это привело к открытию так называемого принципа Ауфбау [8], который предсказывает возможность образования борофена (листы бора), [1] бор-фуллеренов ( боросферен ) [9] и борных нанотрубок. [10] [11] [12]

Дополнительные исследования показали, что протяженный треугольный борофен (рис. 1 (c)) является металлическим и имеет неплоскую форму изогнутой формы. [13] [14] Дальнейшие вычислительные исследования, инициированные предсказанием стабильного фуллерена бора B 80 , [15] показали, что протяженные листы борофена с сотовой структурой и с частично заполненными гексагональными отверстиями являются стабильными. [16] [17] Эти борофеновые структуры были предсказаны как металлические. Так называемый γ лист (он же β 12 борофен или υ 1/6 лист) показан на рисунке 1 (а). [17]

Планарность кластеров бора была впервые экспериментально подтверждена группой исследователей Л.-С. Ван . [18] Позже они показали, что структура B
36(см. рис. 2) - это самый маленький кластер бора, имеющий шестикратную симметрию и идеальную гексагональную вакансию, и что он может служить потенциальной основой для протяженных двумерных листов бора. [19]

После синтеза силицена несколько групп предсказали, что борофен потенциально может быть реализован с помощью металлической поверхности. [20] [21] [22] В частности, было показано, что структура решетки борофена зависит от поверхности металла, что свидетельствует о том, что в автономном состоянии он не связан. [23]

В 2015 году двум исследовательским группам удалось синтезировать различные фазы борофена на поверхности серебра (111) в условиях сверхвысокого вакуума. [2] [3] Среди трех синтезированных фаз борофена (см. Рисунок 1), более ранняя теория показала , что лист v 1/6 или β 12 является основным состоянием на поверхности Ag (111), [23 ], тогда как борофен с χ 3 был ранее предсказан группой Цзэна в 2012 году. [24] Пока борофены существуют только на подложках; как перенести их на совместимую с устройством подложку, необходимо, но остается проблемой. [25]

Определение характеристик в атомном масштабе, подтвержденное теоретическими расчетами, выявило структуры, напоминающие кластеры плавленого бора, состоящие из смешанных треугольных и гексагональных мотивов, как ранее предсказывала теория и показала на рисунке 1. Сканирующая туннельная спектроскопия подтвердила, что борофены являются металлическими. Это контрастирует с объемными аллотропами бора , которые являются полупроводниками и имеют атомную структуру, основанную на икосаэдрах B 12 . [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Аллотропы бора
  • Боросферы

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Бустани, Ихсан (январь 1997 г.). «Новые квазиплоские поверхности голого бора». Наука о поверхности . 370 (2–3): 355–363. Bibcode : 1997SurSc.370..355B . DOI : 10.1016 / S0039-6028 (96) 00969-7 .
  2. ^ a b c Mannix, AJ; Чжоу, X.-F .; Кирали, Б .; Wood, JD; Alducin, D .; Myers, BD; Лю, X .; Фишер, Б.Л .; Сантьяго, США; Гость, младший; и другие. (17 декабря 2015 г.). «Синтез борофенов: анизотропные, двумерные полиморфы бора» . Наука . 350 (6267): 1513–1516. Bibcode : 2015Sci ... 350.1513M . DOI : 10.1126 / science.aad1080 . PMC 4922135 . PMID 26680195 .  
  3. ^ a b c Фэн, Баоцзе; Чжан, Цзинь; Чжун, Цин; Ли, Вэньбинь; Ли, Шуай; Ли, Хуэй; Ченг, Пэн; Мэн, Шэн; Чен, Лан; Ву, Кэхуэй (28 марта 2016 г.). «Экспериментальная реализация двумерных листов бора». Химия природы . 8 (6): 563–568. arXiv : 1512.05029 . Bibcode : 2016NatCh ... 8..563F . DOI : 10.1038 / nchem.2491 . PMID 27219700 . 
  4. ^ Полинг, Линус (1960). Природа химической связи (3-е изд.). Издательство Корнельского университета. ISBN 0-8014-0333-2.
  5. ^ a b arXiv, Новые технологии из. «Извини, графен - борофен - новый чудесный материал, который всех взволновал» . MIT Technology Review . Проверено 2 августа 2019 года .
  6. ^ Kochaev, A. (11 октября 2017). «Упругие свойства неуглеродных нанотрубок по сравнению с углеродными нанотрубками». Physical Review B . 96 (15): 155428. DOI : 10,1103 / PhysRevB.96.155428 .
  7. ^ Zhang, Z .; Ян, Ян .; Пенев Е.С.; Якобсон Б.И. (11 января 2017 г.). «Эластичность, гибкость и идеальная прочность борофенов». Современные функциональные материалы . 27 (9): 1605059. arXiv : 1609.07533 . DOI : 10.1002 / adfm.201605059 .
  8. ^ Boustani Ихсан (15 июня 1997). «Систематическое ab initio исследование голых кластеров бора: определение геометрии и электронной структуры B n (n = 2-14)». Physical Review B . 55 (24): 16426–16438. DOI : 10.1103 / PhysRevB.55.16426 .
  9. ^ Boustani Ихсан (октябрь 1997). «Новые выпуклые и сферические структуры голых кластеров бора». Журнал химии твердого тела . 133 (1): 182–189. DOI : 10,1006 / jssc.1997.7424 .
  10. ^ Бустани, я; Квандт, А (1 сентября 1997 г.). «Нанотрубочки голых кластеров бора: Ab initio и исследование функции плотности». Письма Europhysics (EPL) . 39 (5): 527–532. DOI : 10,1209 / EPL / i1997-00388-9 .
  11. ^ Gindulytė Аста; Lipscomb, William N .; Масса, Лу (декабрь 1998 г.). «Предлагаемые борные нанотрубки». Неорганическая химия . 37 (25): 6544–6545. DOI : 10.1021 / ic980559o . PMID 11670779 . 
  12. ^ Квандт, Александр; Бустани, Ихсан (14 октября 2005 г.). «Боронные нанотрубки». ХимФисХим . 6 (10): 2001–2008. DOI : 10.1002 / cphc.200500205 . PMID 16208735 . 
  13. ^ Бустани, Ихсан; Квандт, Александр; Эрнандес, Эдуардо; Рубио, Ангел (8 февраля 1999 г.). «Новые наноструктурированные материалы на основе бора». Журнал химической физики . 110 (6): 3176–3185. DOI : 10.1063 / 1.477976 .
  14. ^ Кунстманн, Йенс; Квандт, Александр (12 июля 2006 г.). «Широкие листы бора и борные нанотрубки: ab initio исследование структурных, электронных и механических свойств». Physical Review B . 74 (3): 035413. arXiv : cond-mat / 0509455 . DOI : 10.1103 / PhysRevB.74.035413 .
  15. ^ Гонсалес Szwacki, Невилл; Садрзаде, Арта; Якобсон, Борис Иванович (20 апреля 2007 г.). «Фуллерен B80: предварительное предсказание геометрии, стабильности и электронной структуры». Письма с физическим обзором . 98 (16): 166804. Bibcode : 2007PhRvL..98p6804G . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.98.166804 . PMID 17501448 . 
  16. Перейти ↑ Tang, Hui & Ismail-Beigi, Sohrab (2007). «Новые прекурсоры для борных нанотрубок: конкуренция двухцентрового и трехцентрового связывания в борных листах». Письма с физическим обзором . 99 (11): 115501. arXiv : 0710.0593 . Bibcode : 2007PhRvL..99k5501T . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.99.115501 . PMID 17930448 . 
  17. ^ a b Özdoğan, C .; Mukhopadhyay, S .; Hayami, W .; Güvenç, ZB; Pandey, R .; Бустани И. (18 марта 2010 г.). «Необычно стабильный фуллерен B100, структурные переходы в наноструктурах бора и сравнительное исследование α- и γ-бора и листов». Журнал физической химии C . 114 (10): 4362–4375. DOI : 10.1021 / jp911641u .
  18. ^ Чжай, Хуа-Цзинь; Киран, Боггаварапу; Ли, Цзюнь; Ван, Лай-Шэн (9 ноября 2003 г.). «Углеводородные аналоги кластеров бора - планарность, ароматичность и антиароматичность». Материалы природы . 2 (12): 827–833. DOI : 10.1038 / nmat1012 . PMID 14608377 . 
  19. ^ Piazza, ZA; Ху, HS; Ли, WL; Zhao, YF; Li, J .; Ван, LS (2014). «Плоский гексагональный B 36 как потенциальная основа для протяженных одноатомных слоев бора» . Nature Communications . 5 : 3113. Bibcode : 2014NatCo ... 5.3113P . DOI : 10.1038 / ncomms4113 . PMID 24445427 . 
  20. ^ Чжан, LZ; Ян, QB; Du, SX; Вс, Г .; Гао, Х.-Дж. (15 августа 2012 г.). «Лист бора, адсорбированный на металлических поверхностях: структуры и электронные свойства». Журнал физической химии C . 116 (34): 18202–18206. DOI : 10.1021 / jp303616d .
  21. ^ Лю, Yuanyue; Пенев, Евгений С .; Якобсон, Борис I. (11 марта 2013 г.). "Исследование синтеза двумерного бора расчетами из первых принципов". Angewandte Chemie International Edition . 52 (11): 3156–3159. arXiv : 1312.0656 . DOI : 10.1002 / anie.201207972 . PMID 23355180 . 
  22. ^ Лю, Хуншэн; Гао, Цзюньфэн; Чжао, Цзицзюнь (18 ноября 2013 г.). «От кластера бора к двумерному листу бора на поверхности Cu (111): механизм роста и образование дырок» . Научные отчеты . 3 (1): 3238. DOI : 10.1038 / srep03238 . PMC 3831238 . PMID 24241341 .  
  23. ^ a b Zhang, Z .; Ян, Й .; Gao, G .; Якобсон Б.И. (2 сентября 2015 г.). «Двумерные монослои бора, опосредованные металлическими подложками». Angewandte Chemie International Edition . 54 (44): 13022–13026. DOI : 10.1002 / anie.201505425 . PMID 26331848 . 
  24. ^ Ву, Сяоцзюнь; Дай, Джун; Чжао, Ю; Чжу, Чживэнь; Ян, Цзиньлун; Цзэн, Сяо Чэн (20 июля 2012 г.). «Двумерные однослойные листы бора». ACS Nano . 6 (8): 7443–7453. DOI : 10.1021 / nn302696v . PMID 22816319 . 
  25. ^ Zhang, Z .; Пенев Е.С.; Якобсон Б.И. (31 октября 2017 г.). «Двумерный бор: строение, свойства и применение». Обзоры химического общества . 46 (22): 6746–6763. DOI : 10.1039 / c7cs00261k . PMID 29085946 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • СМИ, связанные с Борофеном, на Викискладе?