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抱歉,石墨烯,这种新材料比你更神奇
发布:Iron_MAN10   时间:2019/4/11 19:23:58   阅读:287 
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直到不久前,石墨烯还号称最棒的神奇新材料。作为一种硬度超强、仅有一个原子厚度的碳“细铁丝网”,它可以形成管状、球状和其他各种稀奇古怪的形状。由于石墨烯能导电,于是材料科学家设想了一个新的时代前景,基于石墨烯的计算机处理成为主流,从而带动一个利润丰厚的石墨烯芯片产业。欧盟为此投资了10亿欧元来启动石墨烯产业。

这个以石墨烯为基础的美丽新世界尚未实现,但它引发了人们对其他二维材料的兴趣。其中最令人兴奋的是硼烯:一种能形成各种晶体结构的单层硼原子。

令人兴奋的原因,是硼烯的适用应用范围似乎特别广泛。电化学家认为,硼烯可以成为功能更强的新一代锂离子电池的负极材料。化学家着迷于它的催化能力。物理学家正在测试其作为传感器探测多种原子和分子的能力。
 

 
今天,中国厦门大学的王志强教授和他的同事阐述了硼烯的卓越性能以及由此可能产生的应用。

硼烯的历史很短。物理学家20世纪90年代首次对硼原子的存在进行了预测,他们用计算机模拟来展示如何让硼原子形成单层结构。

但直到2015年这种神奇物质才被合成出来,用的是化学气相沉积法。在这个过程中,由硼原子组成的热气体凝结到纯银的冰冷表面上。

银原子的规则排列迫使硼原子形成类似的排列方式,每个硼原子与多达六个其他原子结合,形成一个扁平的六角形结构。然而,硼原子中相当一部分只与四五个其它原子结合,这就造成了结构上的空缺。空缺结构使硼烯晶体具有独特的性质。
 

 
自从合成硼烯以来,化学家们一直在急切地描述其特性。结果证明,硼烯比石墨烯硬度更强,更具柔韧性。它是电和热的良导体,而且还具有超导性。这些特性变化取决于材料的应用方向和空缺的排列。这使得它至少在原则上是“可调的”。这是化学家们如此兴奋的原因之一。

硼烯还很轻,化学性质相当活跃。这使它成为在电池中储存金属离子的不错选择。王志强及其同事说:“硼烯是一种适用于锂、钠和镁离子电池的很有前途的负极材料,因为理论上它具有极高的比容量、卓越的电子导电性和优异的离子传输性能。”
 

 
氢原子也很容易粘附在硼烯的单层结构上,这种吸附性能,加上原子层的巨大表面积,使得硼烯成为一种很有前途的储氢材料。理论研究表明,硼烯能将其15%以上的重量储存在氢中,其性能明显优于其他材料。

然后是硼烯对氢分子分解成氢离子、水分解成氢离子和氧离子的催化能力。研究团队说:“在析氢反应、氧还原反应、析氧反应和二氧化碳电还原反应中,发现了硼烯优异的催化性能。”这可能会开启一个以水为基础的能源循环新时代。

不过,在硼烯得到更广泛的应用之前,化学家们还有一些工作要做。首先,他们还没有找到硼烯的量产方法。这种材料的活跃反应性意味着它很容易被氧化,所以需要小心保护。这两个因素都使硼烯的制造成本昂贵,而且难以处理,所以还有许多前期工作要做。

但化学家对此抱有极大信心。硼烯可能会成为下一个令全世界着迷的神奇材料。

来源:百度 由“放牛班的秘密花园”编译自《麻省理工学院科技评论》
 
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