石墨烯一直是多個(gè)領(lǐng)域無數(shù)研究努力的焦點(diǎn)，石墨烯是一種多功能材料，由二維(2D)碳網(wǎng)絡(luò)組成，即一層厚度為一個(gè)原子的薄層碳。石墨烯不僅比最堅(jiān)固的鋼更堅(jiān)固，而且還具有無數(shù)有趣的化學(xué)、電子和機(jī)械特性，這讓科學(xué)家們懷疑其他材料的類似二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否也可以具有如此有用的性能。

新研究報(bào)道的一種新二維材料硼苯，一種石墨烯的類似物，由硼原子而不是碳原子組成。然而，正如人們對于任何材料二維片材所期望的那樣，硼苯的合成被證明很具有挑戰(zhàn)性。

研究人員要么使用底物使硼苯更穩(wěn)定，要么將硼與羥基(OH-)偶聯(lián)，以防止原子的平坦性。在東京理工學(xué)院新進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，包括Tetsuya Kambe、Akiyoshi Kuzume和Kimihisa Yamamoto在內(nèi)的一個(gè)研究小組，通過簡單基于溶液的方法，合成了原子扁平的氧化硼片。首先，使用硼氫化鉀鹽(KBH4)通過相當(dāng)簡單的工藝合成了層疊氧化硼。X射線分析揭示了該材料的二維層狀結(jié)構(gòu)，其中硼原子層形成了以氧原子為橋梁的六角形二維網(wǎng)絡(luò)，并與含有鉀原子的層進(jìn)行了插層。隨后的步驟是找到一種方法來原子剝離氧化硼網(wǎng)絡(luò)的薄層。

研究人員通過將材料放入二甲基甲酰胺中實(shí)現(xiàn)了這一目的，二甲基甲酰胺是一種常用的有機(jī)溶劑。進(jìn)行了各種類型的測量以驗(yàn)證剝離片材結(jié)構(gòu)，包括電子顯微鏡、光譜學(xué)和原子力顯微鏡。結(jié)果證實(shí)，所提出的方法，對于生產(chǎn)所需原子扁平氧化硼苯片是有效的。最后，研究人員進(jìn)行了電阻率測量，以分析疊層硼苯薄片的導(dǎo)電特性，并發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的特征，稱為各向異性。這意味著，根據(jù)電流方向的不同，薄片表現(xiàn)出不同類型的導(dǎo)電性。該材料在平面間方向上表現(xiàn)為半導(dǎo)體，而在硼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)平面內(nèi)方向上表現(xiàn)出類似金屬的行為。

這兩種類型傳導(dǎo)行為背后的機(jī)制也得到了闡明。重要的是，硼片可以在一般環(huán)境條件下很容易地處理，這項(xiàng)開創(chuàng)性研究可能會(huì)促使硼苯的實(shí)際應(yīng)用。尋找合成硼苯和硼苯基化合物的簡便方法，對于進(jìn)一步研究這種有趣材料及其潛在用途至關(guān)重要。和石墨烯一樣，硼苯預(yù)計(jì)將具有獨(dú)特的性能，包括可以在各種領(lǐng)域開發(fā)非凡的機(jī)械特性和金屬行為。研究人員希望，未來對二維材料的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展將使研究人員能夠利用其奇異特性，并定制二維材料以適應(yīng)特定的需要。

博科園｜研究/來自：東京工業(yè)大學(xué)

參考期刊《美國化學(xué)學(xué)會(huì)期刊》

DOI: 10.1021/jacs.9b06110

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