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金属基底形成二维硼单层

时间：2021-10-30 12:24:53 来源：

赖斯大学的科学家已经确定，仍然理论上二维的硼会根据生长过程中使用的基质来调整其形式。他们发现铜基板最适合在化学气相沉积炉中生长扁平硼。

赖斯大学理论物理学家的新计算结果表明，通过调整硼与金属的相互作用，可以指导二维硼的形成。

赖斯大学的科学家从理论上确定了原子厚的硼片的性质取决于那些原子落在何处。

计算出生成一张硼片时涉及的逐原子能量，结果表明，金属基板-在化学气相沉积（CVD）炉中生长二维材料的表面-会产生很大的差异。

理论物理学家鲍里斯·雅各布森（Boris Yakobson）和他的赖斯（Rice）同事在之前的工作中发现，化学气相沉积（CVD）可能是制造高导电性二维硼的最佳方法，而金或银可能是最好的基质。

但是他们的新计算表明，通过调整硼与金属的相互作用，可以指导二维硼的形成。他们发现，铜是石墨烯生长中的常见基质，可能是获得扁平硼的最佳选择，而其他金属将以其独特的方式引导所得的材料。

赖斯研究小组的结果今天发表在Angewandte Chemie杂志上。

莱斯大学的博士后研究员，论文的主要作者张竹华说：“如果用铜制造二维硼，与用金，银或镍制造二维硼会有所不同。”“实际上，每种基材都会获得不同的材料。”

在化学气相沉积中，加热的气体会在基板上沉积原子，理想情况下，它们会形成所需的晶格。在石墨烯和氮化硼中，原子沉降成平坦的六边形阵列，而与衬底无关。但是研究人员发现，硼是第一种已知的二维材料，该材料会根据与底物的相互作用而改变其结构。

完全平坦的硼将是一个三角形的网格，其中偶尔会丢失原子的六边形。研究人员对300多种硼金属组合物进行了计算。他们发现铜表面上的原子图案与2-D硼很好地匹配，并且它们相互作用的强度将有助于保持硼平坦。他们发现，镍基板几乎也能工作。

赖斯大学的研究人员说，二维硼将采用不同的形式，具体取决于化学气相沉积生长中使用的基质。

他们确定了在金和银上的弱原子相互作用将使硼发生弯曲。作为扩展，他们提出了一个理论，即如果硼的供应量足够多的话，自然形成的12原子的二十面体硼正二十面体将组装成在铜和镍上相互连接的薄片。

2-D硼的另一个缺点是，与石墨烯不同，它将很难从其衬底上分离出来，这在应用中是必需的。

但是这种强大的附着力可能会带来副作用。进一步的计算表明，金或镍上的硼可能会与铂作为燃料电池等应用中的氢释放反应的催化剂相媲美。

雅各布森说：“在2007年，我们预测了纯硼富勒烯的可能性。”“七年后，第一个在实验室被观察到。这次，在研究人员对2D材料给予极大关注的同时，我希望世界各地的一些实验室能够更快地制造2D硼。”

该论文的共同作者是研究生杨扬和赖斯博士后研究员高国英。雅各布森是赖斯的材料科学与纳米工程教授Karl F. Hasselmann以及化学教授。

基础能源科学能源部办公室支持这项研究。

出版物：Zhuzhuhua Zhang等人，“金属基质介导的二维硼单分子层”，Angewandte Chemie国际版，2015年； DOI：10.1002 / anie.201505425


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