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Figura 1: Estructuras cristalinas probables de borofenos obtenidos experimentalmente: (a) β 12 borofeno (también conocido como lámina γ o lámina υ 1/6 ), (b) χ 3 borofeno (también conocido como lámina υ 1/5 )

El borofeno es una monocapa atómica cristalina de boro , es decir, es un alótropo bidimensional de boro y también se conoce como hoja de boro . Predecido por primera vez por la teoría a mediados de la década de 1990, [1] diferentes estructuras de borofeno se confirmaron experimentalmente en 2015. [2] [3]

Propiedades [ editar ]

Experimentalmente, se sintetizaron varios borofenos metálicos , cristalinos y atómicamente delgados sobre superficies metálicas limpias en condiciones de vacío ultra alto. [2] [3] Su estructura atómica consiste en motivos mixtos triangulares y hexagonales, como se muestra en la Figura 1. La estructura atómica es una consecuencia de una interacción entre enlaces en plano de dos centros y multicéntricos, que es típico de elementos deficientes en electrones como el boro. [4]

Los borofenos exhiben elasticidad en el plano y resistencia ideal. Pueden ser más fuertes que el grafeno y más flexibles en algunas configuraciones. [5] Por ejemplo, los nanotubos de boro tienen un módulo de Young 2D más alto que cualquier otra nanoestructura conocida de carbono y no carbono. [6] Los borofenos experimentan una nueva transición de fase estructural bajo carga de tracción en el plano debido a la naturaleza fluxional de su unión multicéntrica en el plano. [7] El borofeno tiene potencial como ánodomaterial para baterías debido a sus altas capacidades específicas teóricas, conductividad electrónica y propiedades de transporte de iones. El hidrógeno se adsorbe fácilmente en borofeno, ofrece potencial para el almacenamiento de hidrógeno: más del 15% de su peso. El borofeno puede catalizar la descomposición del hidrógeno molecular en iones de hidrógeno y reducir el agua. [5]

Historia [ editar ]

Figura 2: A B
36el racimo podría verse como el borofeno más pequeño; vista frontal y lateral

Los estudios computacionales de I. Boustani y A. Quandt mostraron que los pequeños cúmulos de boro no adoptan geometrías icosaédricas como los boranos , sino que resultan ser cuasiplanar (ver Figura 2). [1] Esto llevó al descubrimiento de un llamado principio de Aufbau [8] que predice la posibilidad de borofeno (láminas de boro), [1] fullerenos de boro ( borosfera ) [9] y nanotubos de boro. [10] [11] [12]

Estudios adicionales mostraron que el borofeno triangular extendido (Figura 1 (c)) es metálico y adopta una geometría pandeada no plana. [13] [14] Estudios computacionales adicionales, iniciados por la predicción de un fullereno de boro B 80 estable , [15] sugirieron que las láminas de borofeno extendidas con estructura de panal y con agujeros hexagonales parcialmente llenos son estables. [16] [17] Se predijo que estas estructuras de borofeno serían metálicas. La denominada lámina γ (también conocida como β 12 borofeno o lámina υ 1/6 ) se muestra en la Figura 1 (a). [17]

La planaridad de los grupos de boro fue confirmada experimentalmente por primera vez por el equipo de investigación de L.-S. Wang . [18] Posteriormente demostraron que la estructura de B
36(ver Figura 2) es el grupo de boro más pequeño que tiene simetría séxtuple y una vacante hexagonal perfecta, y que puede servir como base potencial para hojas de boro bidimensionales extendidas. [19]

Después de la síntesis de siliceno , varios grupos predijeron que el borofeno podría potencialmente realizarse con el apoyo de una superficie metálica. [20] [21] [22] En particular, se demostró que la estructura de celosía del borofeno depende de la superficie del metal, mostrando una desconexión de la que se encuentra en un estado independiente. [23]

En 2015, dos equipos de investigación lograron sintetizar diferentes fases de borofeno en superficies de plata (111) en condiciones de vacío ultra alto. [2] [3] Entre las tres fases de borofeno sintetizadas (ver Figura 1), una teoría anterior mostró que la hoja v 1/6 , o β 12 , era el estado fundamental en la superficie de Ag (111), [23 ] mientras que el χ 3 borofeno fue predicho previamente por el equipo de Zeng en 2012. [24] Hasta ahora, los borofenos existen solo en sustratos; cómo transferirlos a un sustrato compatible con el dispositivo es necesario, pero sigue siendo un desafío. [25]

La caracterización a escala atómica, respaldada por cálculos teóricos, reveló estructuras que recuerdan a los grupos de boro fusionado que consisten en motivos mixtos triangulares y hexagonales, como lo predijo la teoría y se muestra en la Figura 1. La espectroscopia de túnel de barrido confirmó que los borofenos son metálicos. Esto contrasta con los alótropos de boro a granel , que son semiconductores y están marcados por una estructura atómica basada en icosaedros B 12 . [ cita requerida ]

En 2021, los investigadores anunciaron borofeno hidrogenado en un sustrato de plata, denominado borofano. Se afirmó que el nuevo material era mucho más estable que su componente. [26] La hidrogenación reduce las tasas de oxidación en más de dos órdenes de magnitud después de la exposición ambiental. [27]

Ver también [ editar ]

  • Alótropos de boro
  • Borosfera

Referencias [ editar ]

  1. ↑ a b c Boustani, Ihsan (enero de 1997). "Nuevas superficies cuasi-planas de boro desnudo". Ciencia de superficies . 370 (2–3): 355–363. Código Bibliográfico : 1997SurSc.370..355B . doi : 10.1016 / S0039-6028 (96) 00969-7 .
  2. ^ a b c Mannix, AJ; Zhou, X.-F .; Kiraly, B .; Wood, JD; Alducina, D .; Myers, BD; Liu, X .; Fisher, BL; Santiago, U .; Invitado, JR; et al. (17 de diciembre de 2015). "Síntesis de borofenos: anisotrópicos, polimorfos de boro bidimensionales" . Ciencia . 350 (6267): 1513-1516. Código Bibliográfico : 2015Sci ... 350.1513M . doi : 10.1126 / science.aad1080 . PMC 4922135 . PMID 26680195 .  
  3. ^ a b c Feng, Baojie; Zhang, Jin; Zhong, Qing; Li, Wenbin; Li, Shuai; Li, Hui; Cheng, Peng; Meng, Sheng; Chen, Lan; Wu, Kehui (28 de marzo de 2016). "Realización experimental de láminas de boro bidimensionales". Química de la naturaleza . 8 (6): 563–568. arXiv : 1512.05029 . Código bibliográfico : 2016NatCh ... 8..563F . doi : 10.1038 / nchem.2491 . PMID 27219700 . S2CID 19475989 .  
  4. ^ Pauling, Linus (1960). La naturaleza del enlace químico (3ª ed.). Prensa de la Universidad de Cornell. ISBN 0-8014-0333-2.
  5. ^ a b arXiv, Tecnología emergente del. "Lo siento, grafeno, el borofeno es el nuevo material maravilloso que ha emocionado a todo el mundo" . Revisión de tecnología del MIT . Consultado el 2 de agosto de 2019 .
  6. ^ Kochaev, A. (11 de octubre de 2017). "Propiedades elásticas de los nanotubos sin carbono en comparación con los nanotubos de carbono". Physical Review B . 96 (15): 155428. doi : 10.1103 / PhysRevB.96.155428 .
  7. ^ Zhang, Z .; Yang, Yang .; Penev, ES; Yakobson, BI (11 de enero de 2017). "Elasticidad, flexibilidad y fuerza ideal de los borofenos". Materiales funcionales avanzados . 27 (9): 1605059. arXiv : 1609.07533 . doi : 10.1002 / adfm.201605059 . S2CID 119199830 . 
  8. ^ Boustani, Ihsan (15 de junio de 1997). "Investigación sistemática ab initio de grupos de boro desnudo: determinación de la geometría y estructuras electrónicas de B n (n = 2-14)". Physical Review B . 55 (24): 16426–16438. doi : 10.1103 / PhysRevB.55.16426 .
  9. ^ Boustani, Ihsan (octubre de 1997). "Nuevas estructuras convexas y esféricas de racimos de boro desnudo". Revista de química del estado sólido . 133 (1): 182–189. doi : 10.1006 / jssc.1997.7424 .
  10. ^ Boustani, yo; Quandt, A (1 de septiembre de 1997). "Nanotúbulos de racimos desnudos de boro: estudio funcional ab initio y densidad". Cartas de Europhysics (EPL) . 39 (5): 527–532. doi : 10.1209 / epl / i1997-00388-9 .
  11. ^ Gindulytė, Asta; Lipscomb, William N .; Massa, Lou (diciembre de 1998). "Nanotubos de boro propuestos". Química inorgánica . 37 (25): 6544–6545. doi : 10.1021 / ic980559o . PMID 11670779 . 
  12. ^ Quandt, Alexander; Boustani, Ihsan (14 de octubre de 2005). "Nanotubos de boro". ChemPhysChem . 6 (10): 2001-2008. doi : 10.1002 / cphc.200500205 . PMID 16208735 . 
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Enlaces externos [ editar ]

  • Medios relacionados con el borofeno en Wikimedia Commons