网站 Banner

        十多年前，由材料科学家鲍里斯·雅各布森 （Boris Yakobson） 领导的莱斯大学 （Rice University） 的研究人员预测，硼原子会过于紧密地粘附在铜上，从而形成硼烯，硼烯是一种柔性金属二维材料，在电子、能源和催化方面具有潜力。 现在，新的研究表明，这种预测是成立的，但并没有以任何人预期的方式出现。

         与铜上的石墨烯等系统不同，原子可以扩散到基板中而不形成不同的合金，在这种情况下，硼原子形成了确定的 2D 硼化铜 -- 一种具有独特原子结构的新化合物。 该研究结果由莱斯大学和西北大学的研究人员发表在《科学进展》上，为进一步探索一类相对未开发的二维材料奠定了基础。

         “硼烯仍然是一种处于存在边缘的材料，通过推动我们在材料、物理学和电子学方面的知识发展，这使得关于它的任何新事实都变得重要，”Yakobson 说，赖斯的 Karl F. 哈塞尔曼工程学教授兼材料科学、纳米工程和化学教授。 “我们的第一个理论分析警告说，在铜上，硼的结合力会太强。 现在，十多年过去了，事实证明我们是对的——结果不是硼烯，而是完全不同的东西。

         以前的研究成功地在银和金等金属上合成了硼烯，但铜仍然是一个悬而未决且有争议的问题。 一些实验建议硼可能在铜上形成多晶型硼烯，而其他人则认为它可以相分离成硼化物，甚至成核成块状晶体。 解决这些可能性需要结合高分辨率成像、光谱学和理论建模进行独特而详细的研究。

         “我的实验同事首先看到的是这些丰富的原子分辨率图像和光谱特征模式，这需要大量的艰苦解释工作，”Yakobson说。

         这些努力揭示了周期性的锯齿形上层结构和独特的电子特征，这两者都与已知的硼烯相显着不同。 实验数据和理论模拟之间的强烈匹配有助于解决关于在铜衬底和生长室的近真空环境之间的界面处形成的材料性质的争论。

         尽管硼化铜不是研究人员打算制造的材料，但它的发现为了解硼在二维环境中如何与不同的金属基材相互作用提供了重要的见解。 这项工作扩展了原子薄金属硼化物材料形成的知识——这一领域可以为相关化合物的未来研究提供信息，包括那些具有已知技术相关性的化合物，例如超高温陶瓷中的金属硼化物，这些化合物对极端环境和高超音速系统非常感兴趣。

         “2D 硼化铜可能是这只是可以通过实验实现的众多 2D 金属硼化物之一。 我们期待着探索这个新的 2D 材料系列，它们在从电化学储能到量子信息技术的应用中具有广泛的潜在用途，“Walter P 的 Mark Hersam 说。 西北大学材料科学与工程 Murphy 教授，他是该研究的共同通讯作者。

         这一发现是在同一个 Rice theory 团队。 在发表在 ACS Nano 上的另一项研究中，研究人员表明，硼吩可以与石墨烯和其他 2D 材料形成高质量的横向、边对边连接，甚至比“笨重”的金提供更好的电接触。 这两个发现的并置突出了在原子尺度上研究硼的前景和挑战：它的多功能性允许产生令人惊讶的结构，但也使其难以控制。

         “我们最初拍摄的那些图像在实验数据中，它看起来相当神秘，“Yakobson 说。 “但最终，一切都水到渠成，并提供了一个合乎逻辑的答案——金属硼化物，宾果！ 起初这是出乎意料的，但现在，它已经尘埃落定了——科学可以向前发展。

         该研究得到了海军研究办公室 （N00014-21-1-2679）、美国国家科学基金会 （DMR-2308691） 和美国能源部 （2801SC0012547） 的支持。 此处的内容完全由作者，并不一定代表资助组织和机构的官方观点。