Двумерный бор
#новыематериалы
Не так давно графен был провозглашён новым чудо-материалом благодаря своим выдающимся механическим, химическим и электронным свойствам. Он может образовывать трубки, шары и другие любопытные формы, а поскольку он проводит электричество, учёные-материаловеды пророчили перспективы новой эры компьютерной обработки на основе графена и прибыльной индустрии графеновых чипов в придачу. Европейский Союз инвестировал 1 миллиард евро в запуск индустрии графена.
Этот дивный новый графеновый мир ещё не материализовался, но интерес учёных к другим двумерным материалам только возрос. Так были открыты силицен, германен и борофен (листы кремния, германия и бора толщиной в один атом, формирующие различные кристаллические структуры).
Борофен представляет наибольший интерес из всех, поскольку считается, что он даже прочнее графена и при этом сохраняет многие свойства бора: превосходную тепло- и электропроводность.
Борофены обладают высокой плоскостной эластичностью и феноменальной прочностью. Он может быть прочнее графена и в некоторых конфигурациях более гибким.
В 2021 году исследователи объявили о гидрогенизированном борофене на серебряной подложке, получившей название борофан. Утверждалось, что новый материал гораздо более стабилен, чем его компонент. Гидрогенизация снижает скорость окисления более чем на два порядка после воздействия окружающей среды. О создании двухслойного борофена было объявлено в августе 2021 г.
Тем не менее эти свойства — не единственные сильные стороны нового материала. В отличие от атомов углерода в графене, которые образуют четыре связи, атомы бора в двумерных листах борофена могут образовывать три, четыре, пять и шесть связей, что создаёт периодический мотив пустот или гексагональных (по числу связей) отверстий в плоском листе бора. Именно количество этих отверстий и мотив их положения в решётке в основном и определяют свойства конкретного борофена.
Также борофену пророчат множество применений: электрохимики считают, что борофен может стать материалом анода в новом поколении более мощных литий-ионных аккумуляторов; химики очарованы его каталитическими способностями; физики проверяют его способность в качестве сенсора для обнаружения многочисленных видов атомов и молекул.
Факты от Яны:
Борофен – совсем юный материал, его существование было предсказано теорией в середине 1990-х годов, а в 2015 году материал был синтезирован впервые методом химического осаждения из паровой фазы. Это процесс, при котором горячий газ атомов бора конденсируется на холодной поверхности чистого серебра.
Правильное расположение атомов серебра вынуждает атомы бора образовывать аналогичную структуру, при этом каждый атом бора связывается с шестью другими атомами, создавая плоскую гексагональную структуру. Однако значительная часть атомов бора связывается только с четырьмя — пятью другими атомами, что создаёт отверстия в структуре.
Борофен более гибкий и прочный по сравнению с графеном. Он является хорошим проводником как электричества, так и тепла, а также может выступать сверхпроводником.
Эти свойства варьируются в зависимости от ориентации материала и расположения отверстий в листе, то есть по сути борофен можно «настраивать».
Также материал лёгкий и довольно реакционноспособный, что делает его хорошим кандидатом для хранения ионов металлов в батареях.
Атомы водорода легко «прилипают» к однослойной структуре борофена, и это свойство адсорбции в сочетании с огромной площадью поверхности атомных слоев делает борофен многообещающим материалом для накопления водорода. Теоретические исследования показывают, что борофен может накапливать более 15% своего веса в водороде, что значительно превосходит другие материалы.
Борофен можно использовать для изготовления устройств, которые можно деформировать, а затем возвращать в исходную форму. Он может стать отличным материалом для гибких электронных устройств.
Борофен является катализатором, используемым для выделения водорода, восстановления кислорода и электрохимического восстановления углекислого газа. В частности, электрохимическое восстановление двуокиси углерода обеспечивает значительный потенциал для улучшения деятельности по борьбе с изменением климата.
Но до практического применения борофена ещё далеко, для начала химикам предстоит найти способ производства материала в больших количествах. Также высокая реакционная способность материала означает, что он уязвим для окисления, поэтому его необходимо тщательно защищать. Оба этих фактора делают производство борофена дорогим и сложным процессом.