Atsiprašome, grafenas – borofenas yra nauja stebuklinga medžiaga, kuri visus sujaudino

Žiuri | wikimedia commons

Ne taip seniai grafenas buvo puiki nauja stebuklinga medžiaga. Itin stiprus, atomo storio anglies vištienos vielos lapas, galintis formuoti vamzdelius, rutuliukus ir kitas įdomias formas. Kadangi jis praleidžia elektrą, medžiagų mokslininkai iškėlė naujos grafeno kompiuterinio apdorojimo eros ir pelningos grafeno lustų pramonės perspektyvą. Europos Sąjunga investavo 1 milijardą eurų grafeno pramonės pradžiai.

Šis drąsus naujas grafeno pagrindu sukurtas pasaulis dar turi materializuotis. Tačiau tai sukėlė susidomėjimą kitomis dvimatėmis medžiagomis. O įdomiausias iš visų yra borofenas: vienas boro atomų sluoksnis, sudarantis įvairias kristalines struktūras.

Susijaudinimo priežastis – nepaprastas borofeno pritaikymo spektras. Elektrochemikai mano, kad borofenas gali tapti anodo medžiaga naujos kartos galingesniuose ličio jonų akumuliatoriuose. Chemikus žavi jo katalizinės savybės. Fizikai išbando jo, kaip jutiklio, gebėjimus aptikti daugybę atomų ir molekulių.

Šiandien Zhi-Qiang Wang iš Siameno universiteto Kinijoje ir daugelis kolegų apžvelgia nuostabias borofeno savybes ir jų panaudojimo galimybes.

Borofenas turi trumpą istoriją. Fizikai pirmą kartą numatė jo egzistavimą 1990-aisiais, naudodami kompiuterinį modeliavimą, kad parodytų, kaip boro atomai gali sudaryti vienasluoksnį sluoksnį.

Tačiau ši egzotiška medžiaga buvo susintetinta tik 2015 m., naudojant cheminį garų nusodinimą. Tai procesas, kurio metu karštos boro atomų dujos kondensuojasi ant vėsaus gryno sidabro paviršiaus.

Reguliarus sidabro atomų išdėstymas verčia boro atomus į panašų modelį, kiekvienas jungiasi su net šešiais kitais atomais ir sukuria plokščią šešiakampę struktūrą. Tačiau didelė dalis boro atomų jungiasi tik su keturiais ar penkiais kitais atomais, ir tai sukuria laisvų vietų struktūroje. Laisvų darbo vietų modelis suteikia borofeno kristalams unikalių savybių.

Nuo borofeno sintezės chemikai noriai apibūdina jo savybes. Borofenas yra stipresnis už grafeną ir lankstesnis. Tai geras elektros ir šilumos laidininkas, be to, jis yra superlaidus. Šios savybės skiriasi priklausomai nuo medžiagos orientacijos ir laisvų darbo vietų išdėstymo. Dėl to jį galima derinti, bent jau iš principo. Tai viena iš priežasčių, kodėl chemikai taip susijaudinę.

Borofenas taip pat yra lengvas ir gana reaktyvus. Dėl to jis yra geras kandidatas laikyti metalo jonus baterijose. Borofenas yra perspektyvi Li, Na ir Mg jonų baterijų anodo medžiaga dėl didelių teorinių specifinių pajėgumų, puikaus elektroninio laidumo ir puikių jonų transportavimo savybių, sako Wang ir kt.

Vandenilio atomai taip pat lengvai prilimpa prie borofeno vieno sluoksnio struktūros, o dėl šios adsorbcijos savybės kartu su didžiuliu atominių sluoksnių paviršiaus plotu borofenas yra perspektyvi medžiaga vandenilio saugojimui. Teoriniai tyrimai rodo, kad borofenas gali sukaupti daugiau nei 15% savo svorio vandenilyje, o tai žymiai pranoksta kitas medžiagas.

Tada yra borofeno gebėjimas katalizuoti molekulinio vandenilio skilimą į vandenilio jonus, o vandenį - į vandenilio ir deguonies jonus. Pasak komandos, išskirtiniai borofeno kataliziniai rodikliai buvo nustatyti vandenilio išsiskyrimo reakcijoje, deguonies redukcijos reakcijoje, deguonies išsiskyrimo reakcijoje ir CO2 elektroredukcijos reakcijoje. Tai galėtų pradėti naują vandens energijos ciklų erą.

Nepaisant to, chemikai turi šiek tiek padirbėti, kol borofenas gali būti plačiau naudojamas. Pirmiausia jie dar turi rasti būdą, kaip pagaminti borofeną dideliais kiekiais. O medžiagos reaktyvumas reiškia, kad ji yra pažeidžiama oksidacijai, todėl ją reikia atidžiai apsaugoti. Dėl abiejų priežasčių borofenas yra brangus ir sunkiai valdomas. Taigi laukia darbas.

Tačiau chemikai turi didelį tikėjimą. Borofenas gali tiesiog tapti kita stebuklinga medžiaga, patekusia į pasaulį.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1903.11304 : Borofeno ir galimų jo pritaikymų apžvalga

paslėpti