实验证据显示新的硼纳米材料是可能的

时间：2021-09-13 14:26:01 来源：

剩下的36原子硼簇，左侧，作为横盘，中间有六角孔，符合制作单原子厚的硼板，右，理论纳米材料被称为“硼烯”的理论要求。

来自棕色大学的研究人员已经产生了一种厚实的“硼烯”结构的第一个实验证据。

普罗维登斯，罗德岛（棕色大学） - 棕色大学的研究人员已经通过实验表明，基于硼的竞争对手是一个非常真实的可能性。

石墨烯已成为一个神奇的材料。由单层碳原子制成蜂窝布置，石墨烯比钢更强，比钢更强，并且比铜更好地电力。自石墨烯发现以来，科学家们已经想知道了碳的邻居在周期表上的邻居，也可以在单原子纸上排列。理论上的工作表明它是可能的，但原子需要处于特定的安排。

硼具有较少的电子，而不是碳，因此不能形成构成石墨烯的蜂窝状格子。对于硼形成单个原子层，理论主义者建议原子必须布置在具有六边形空位 - 在晶格中的三角形晶格中。

“那是预测，”棕色化学教授莱盛王说，但没有人能够表现出这一情况。“

王某和他的研究小组研究了多年的硼化学，现在已经制作了这种结构可以的第一种实验证据。在一份关于1月20日在自然通信发布的文件中，王某和他的团队表明，由36个硼原子（B36）制成的群体形成一个对称的单原子厚盘，中间有一个完美的六角形孔。

“这很漂亮，”王说。“它具有与我们正在寻找的六边形孔的精确六边形对称性。这个洞在这里具有真正意义。它表明，关于硼平面结构的这种理论计算可能是正确的。“

王说，可以使用B36来形成延伸平面硼板。换句话说，B36可能是王和他的团队被称为“硼烯”的新纳米材料的胚胎。

“我们仍然只有一个单位，”王说。“我们还没有制造硼丙烯，但这项工作表明这种结构不仅仅是计算。”

该工作需要实验室实验和计算建模的组合。在实验室，王和他的学生，魏丽力，使用称为光电子谱的技术探测硼簇的性质。它们首先通过用激光划分散装硼的块，以产生硼原子的蒸汽。然后氦气冻结到蒸气成微小的原子簇。然后用第二激光划分那些簇，这是第二激光器，这将电子从簇中敲出并送到王某呼叫他的“电子赛道”的长管。电子飞行下跑离速率的速度用于确定簇的电子结合能谱 - 读出簇的读出簇的读出簇固定其电子。该频谱用作群集结构的指纹。

王的实验表明，B36集群是特别的。与其他硼簇相比，它具有极低的电子结合能。群集的结合光谱的形状也表明它是一种对称结构。

为了确切地了解该结构可能是什么样的，王转向Zachary Piazza，他的研究生专门从事计算化学。Piazza在超级计算机上开始对B36的潜在结构进行建模，调查36个原子的3000多种可能的布置。在稳定的布置中是六角形孔的平面盘。

“一旦看到那个六角形洞，”王说：“我告诉Zach，'我们必须调查这一点。”

为了确保他们真正找到了36个硼原子的最稳定的安排，他们在李李先生的帮助下，他是北京清华大学的化学教授，以及太平洋西北国家实验室（PNNL）的前高级研究科学家在华盛顿里奇兰。李是王的长期合作者，开发了一种寻找稳定的集群结构的新方法，这将适合手头的工作。PIAZZA在2013年夏天在PNNL与李和他的学生在B36项目上工作。它们在PNN1处使用超级计算机来检查36硼原子的更可能的布置并计算它们的电子结合光谱。他们发现，具有六角形孔的平面盘与实验室实验中测量的光谱非常紧密地匹配，表明最初发现的结构广场实际上是B36的结构。

王说，该结构也适合制造硼烯烯的理论要求，这是一个极其有趣的前景。硼 - 硼键非常强，几乎与碳键合一样强。所以硼烯应该非常强烈。它的电气性质可能更有趣。预测硼烯是完全金属的，而石墨烯是半金属。这意味着硼烯烯可能最终比石墨烯更好的导体。

“那是”，“王警告，”如果有人可以做到这一点。“

鉴于这项工作，展望似乎更有可能。

出版物：Zachary A. Piazza等，“平面六角形B36作为扩展单原子层硼板的潜在基础，”自然通信5，物品编号：3113; DOI：10.1038 / ncomms4113

图像：王实验室/棕色大学

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