211service.com
Atvainojiet, grafēns — borofēns ir jauns brīnummateriāls, kas sajūsmina visus
Žūrija | wikimedia commons
Ne tik sen grafēns bija lielisks jauns brīnummateriāls. Īpaši spēcīga, atomu bieza oglekļa vistas stieples loksne, kas var veidot caurules, bumbiņas un citas dīvainas formas. Un, tā kā tas vada elektrību, materiālu zinātnieki izvirzīja iespēju sākt jaunu grafēnu datorapstrādes laikmetu un ienesīgu grafēna mikroshēmu nozari. Eiropas Savienība ieguldīja 1 miljardu eiro, lai iedarbinātu grafēna nozari.
Šai drosmīgajai, uz grafēnu balstītajai pasaulei vēl ir jārealizējas. Bet tas ir izraisījis interesi par citiem divdimensiju materiāliem. Un pats aizraujošākais ir borofēns: viens bora atomu slānis, kas veido dažādas kristāliskas struktūras.
Satraukuma iemesls ir neparastais pielietojumu klāsts, kam borofēns izskatās labi. Elektroķīmiķi domā, ka borofēns varētu kļūt par anoda materiālu jaunās paaudzes jaudīgākos litija jonu akumulatoros. Ķīmiķus aizrauj tā katalītiskās spējas. Un fiziķi pārbauda tā spējas kā sensoru, lai noteiktu daudzu veidu atomus un molekulas.
Šodien Zhi-Qiang Wang no Sjameņas universitātes Ķīnā un vairāki kolēģi pārskata borofēna ievērojamās īpašības un to iespējamos lietojumus.
Borofēnam ir īsa vēsture. Fiziķi pirmo reizi prognozēja tā eksistenci 1990. gados, izmantojot datorsimulācijas, lai parādītu, kā bora atomi var veidot monoslāni.
Taču šī eksotiskā viela tika sintezēta tikai 2015. gadā, izmantojot ķīmisko tvaiku pārklāšanu. Šis ir process, kurā karsta bora atomu gāze kondensējas uz vēsas tīra sudraba virsmas.
Regulārais sudraba atomu izvietojums liek bora atomiem izveidot līdzīgu modeli, katrs saistās ar sešiem citiem atomiem, veidojot plakanu sešstūra struktūru. Tomēr ievērojama daļa bora atomu saistās tikai ar četriem vai pieciem citiem atomiem, un tas rada brīvas vietas struktūrā. Vakanču modelis ir tas, kas piešķir borofēna kristāliem to unikālās īpašības.
Kopš borofēna sintēzes ķīmiķi ir dedzīgi raksturojuši tā īpašības. Borofēns izrādās stiprāks par grafēnu un elastīgāks. Tas ir labs elektrības un siltuma vadītājs, kā arī supravadītājs. Šīs īpašības atšķiras atkarībā no materiāla orientācijas un vakanču izvietojuma. Tas padara to noskaņojamu, vismaz principā. Tas ir viens no iemesliem, kāpēc ķīmiķi ir tik satraukti.
Borofēns ir arī viegls un diezgan reaģējošs. Tas padara to par labu kandidātu metāla jonu uzglabāšanai akumulatoros. Borofēns ir daudzsološs anoda materiāls Li, Na un Mg jonu akumulatoriem, pateicoties augstajai teorētiskajai īpatnējai jaudai, lieliskai elektroniskajai vadītspējai un izcilām jonu transportēšanas īpašībām, saka Vangs un citi.
Ūdeņraža atomi arī viegli pielīp pie borofēna viena slāņa struktūras, un šī adsorbcijas īpašība apvienojumā ar milzīgo atomu slāņu virsmas laukumu padara borofēnu par daudzsološu materiālu ūdeņraža uzglabāšanai. Teorētiskie pētījumi liecina, ka borofēns varētu uzglabāt vairāk nekā 15% no tā svara ūdeņradi, ievērojami pārspējot citus materiālus.
Tad ir borofēna spēja katalizēt molekulārā ūdeņraža sadalīšanos ūdeņraža jonos un ūdens sadalīšanos ūdeņraža un skābekļa jonos. Izcilas borofēna katalītiskās īpašības ir konstatētas ūdeņraža evolūcijas reakcijā, skābekļa reducēšanas reakcijā, skābekļa evolūcijas reakcijā un CO2 elektroredukcijas reakcijā, norāda komanda. Tas varētu uzsākt jaunu ūdens enerģijas ciklu ēru.
Tomēr ķīmiķiem ir jāpaveic zināms darbs, pirms borofēnu var izmantot plašāk. Sākumā viņiem vēl ir jāatrod veids, kā ražot borofēnu lielos daudzumos. Un materiāla reaģētspēja nozīmē, ka tas ir neaizsargāts pret oksidēšanos, tāpēc tas ir rūpīgi jāaizsargā. Abi faktori padara borofēnu dārgu un grūti apstrādājamu. Tātad priekšā ir darbs.
Bet ķīmiķiem ir liela ticība. Borofēns var kļūt par nākamo brīnummateriālu, kas ienāks pasaulē.
Atsauce: arxiv.org/abs/1903.11304 : Borofēna un tā iespējamo lietojumu apskats