Siamo spiacenti, il grafene: il borofene è il nuovo materiale meraviglioso che ha entusiasmato tutti

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Non molto tempo fa, il grafene era il nuovo grande materiale meraviglioso. Un foglio di filo di carbonio super resistente e spesso come un atomo, può formare tubi, palline e altre forme curiose. E poiché conduce elettricità, gli scienziati dei materiali hanno sollevato la prospettiva di una nuova era di elaborazione di computer basata sul grafene e un'industria redditizia dei chip di grafene per l'avvio. L'Unione Europea ha investito 1 miliardo di euro per avviare un'industria del grafene.

Questo nuovo e coraggioso mondo basato sul grafene deve ancora materializzarsi. Ma ha suscitato un interesse per altri materiali bidimensionali. E il più eccitante di tutti è il borofene: un singolo strato di atomi di boro che formano varie strutture cristalline.

Il motivo dell'entusiasmo è la straordinaria gamma di applicazioni per cui il borofene sembra buono. Gli elettrochimici pensano che il borofene potrebbe diventare il materiale dell'anodo in una nuova generazione di batterie agli ioni di litio più potenti. I chimici sono affascinati dalle sue capacità catalitiche. E i fisici stanno testando le sue capacità come sensore per rilevare numerosi tipi di atomi e molecole.

Oggi, Zhi-Qiang Wang dell'Università di Xiamen in Cina e un certo numero di colleghi esaminano le straordinarie proprietà del borofene e le applicazioni a cui potrebbero portare.

Il borofene ha una breve storia. I fisici ne hanno predetto l'esistenza per la prima volta negli anni '90 utilizzando simulazioni al computer per mostrare come gli atomi di boro potrebbero formare un monostrato.

Ma questa sostanza esotica non è stata sintetizzata fino al 2015, utilizzando la deposizione chimica da vapore. Questo è un processo in cui un gas caldo di atomi di boro condensa su una superficie fredda di argento puro.

La disposizione regolare degli atomi d'argento costringe gli atomi di boro in uno schema simile, ciascuno legandosi a un massimo di altri sei atomi per creare una struttura esagonale piatta. Tuttavia, una percentuale significativa di atomi di boro si lega solo con altri quattro o cinque atomi, e questo crea posti liberi nella struttura. Il modello di posti vacanti è ciò che conferisce ai cristalli di borofene le loro proprietà uniche.

Dalla sintesi del borofene, i chimici hanno caratterizzato con entusiasmo le sue proprietà. Il borofene risulta essere più forte del grafene e più flessibile. È un buon conduttore sia di elettricità che di calore ed è anche superconduttore. Queste proprietà variano a seconda dell'orientamento del materiale e della disposizione dei posti vacanti. Questo lo rende sintonizzabile, almeno in linea di principio. Questo è uno dei motivi per cui i chimici sono così entusiasti.

Il borofene è anche leggero e abbastanza reattivo. Ciò lo rende un buon candidato per la conservazione di ioni metallici nelle batterie. Il borofene è un promettente materiale anodico per batterie ioniche Li, Na e Mg grazie alle elevate capacità specifiche teoriche, all'eccellente conduttività elettronica e alle eccezionali proprietà di trasporto ionico, affermano Wang e co.

Gli atomi di idrogeno si attaccano facilmente anche alla struttura a strato singolo del borofene e questa proprietà di adsorbimento, combinata con l'enorme superficie degli strati atomici, rende il borofene un materiale promettente per lo stoccaggio dell'idrogeno. Studi teorici suggeriscono che il borofene potrebbe immagazzinare oltre il 15% del suo peso in idrogeno, superando significativamente le prestazioni di altri materiali.

Poi c'è la capacità del borofene di catalizzare la scomposizione dell'idrogeno molecolare in ioni idrogeno e dell'acqua in ioni idrogeno e ossigeno. Eccezionali prestazioni catalitiche del borofene sono state trovate nella reazione di evoluzione dell'idrogeno, nella reazione di riduzione dell'ossigeno, nella reazione di evoluzione dell'ossigeno e nella reazione di elettroriduzione della CO2, afferma il team. Ciò potrebbe inaugurare una nuova era di cicli energetici basati sull'acqua.

Tuttavia, i chimici hanno del lavoro da fare prima che il borofene possa essere utilizzato più ampiamente. Tanto per cominciare, devono ancora trovare un modo per produrre borofene in grandi quantità. E la reattività del materiale significa che è vulnerabile all'ossidazione, quindi deve essere accuratamente protetto. Entrambi i fattori rendono il borofene costoso da produrre e difficile da maneggiare. Quindi c'è del lavoro da fare.

Ma i chimici hanno grande fede. Il borofene potrebbe diventare il prossimo materiale meraviglioso per incantare il mondo.

Rif: arxiv.org/abs/1903.11304 : Revisione del borofene e delle sue potenziali applicazioni

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