گرافن-بوروفن ماده شگفت‌انگیز جدیدی است که همه را به هیجان آورده‌است

 | تاریخ ارسال: ۱۳۹۹/۱/۲۴ | 
گرافن-بوروفن ماده شگفت­ انگیز جدیدی است که همه را به هیجان آورده­ است
 
چندی پیش، گرافن ماده­ ی شگفت انگیز جدیدی بود. گرافن بسیار قوی، دارای صفحه­ ای به ضخامت یک اتم و توانایی شکل­ گیری به صورت تیوب­ ها، توپ­ ها و شکل­ های دیگر بود و از آنجا که هادی الکتریسیته است، پژوهشگران مواد چشم­ انداز دوره­ ی جدید پردازش رایانه مبتنی بر گرافن و صنعت تراشه­ ی گرافن سودآور را به وجود آوردند. اتحادیه اروپا برای شروع صنعت گرافن یک بیلیون یورو سرمایه گذاری کرده­ است.
این دنیای شجاع و مبتنی بر گرافن هنوز تحقق نیافته­ است. اما این امر علاقه­ ای به مواد دوبعدی دیگر ایجاد کرده­ است و هیجان انگیزترین آن­ها بوروفن است: یک لایه واحد از اتم­ های بور که ساختارهای مختلف بلوری تشکیل می­ دهند. دلیل این هیجان، کاربردهای وسیعی است که بوروفن برای آن­ها خوب به نظر می­رسد. پژوهشگران الکتروشیمی تصور می­کنند که بوروفن می­تواند در نسل جدیدی از باتری­ های قوی­تر لیتیوم-یونی  به عنوان آند استفاده شود. شیمیدانان شیفته­ ی قابلیت­های کاتالیزوری آن شده­ اند و فیزیکدانان در حال آزمایش توانایی­ های آن به عنوان سنسوری برای تشخیص انواع بی­شمار اتم­ها و مولکول­ها هستند.
بوروفن تاریخ کوتاهی دارد. فیزیکدانان اولین بار در سال ۱۹۹۰ وجود آن را با شبیه­ سازی­ های کامپیوتری که نشان می­داد چگونه اتم­های بور یک لایه را شکل می­دهند، پیش­ بینی کرده­ اند. این ماده­ ی عجیب تا سال ۲۰۱۵ به روش CVD سنتز نشد. در این روش گاز داغ اتم­های بور روی سطح سرد نقره­ ی خالص چگال می­شوند. ترتیب منظم اتم­های نقره، اتم­های بور را به الگوی مشابهی مجبور می­کنند. هر یک به شش اتم دیگر متصل می­شوند تا یک ساختار شش ضلعی مسطح ایجاد کنند. با این حال، بخش قابل توجهی از اتم­های بور تنها با چهار یا پنج اتم دیگر به هم متصل می­شوند این باعث ایجاد جای خالی در ساختار می­شود. الگوی جای خالی همان چیزی است که موجب خواص بی­ نظیر بلورهای بوروفن می­شود.
از زمان سنتز بوروفن، شیمی­دانان مشتاقانه خواص آن را بررسی می­کنند. به نظر می رسد بوروفن از گرافن قوی­تر و انعطاف­پذیرتر است. بوروفن هادی الکتریسیته و حرارت و همچنین ابررسانا است. این ویژگی­ ها بسته به جهت­ گیری مواد و ترتیب جای خالی متفاوت است. این باعث می شود حداقل در تئوری "قابل تنظیم" باشد. این یکی از دلایلی است که شیمی­دانان بسیار هیجان زده هستند.
بوروفن سبک و نسبتاً واکنش­ پذیر است. این باعث می­شود که نامزد مناسبی برای ذخیره کردن یون­ های فلزی در باتری­ها باشد. وانگ و همکار می­گویند: "بوروفن ماده­ ی آند امیدوار­کننده­ ای برای باتری­های یونی لیتیم، سدیم و منیزیم به دلیل ظرفیت­ های ویژه­ ی تئوری بالا، هدایت الکترونیکی عالی و ویژگی­های انتقال یون برجسته است." اتم­های هیدروژن همچنین به راحتی به ساختار تک لایه بوروفن می­چسبند و این خاصیت جذب، به همراه سطح ویژه بالای لایه­های اتمی باعث می­شود که بوروفن به عنوان یک ماده امیدوار کننده برای ذخیره سازی هیدروژن کاربرد داشته باشد. مطالعات نظری نشان می­دهد که بوروفن می­تواند به طور قابل توجهی بهتر از سایر مواد، بیش از 15% از وزن خود را در هیدروژن ذخیره کند. سپس توانایی بورفن برای کاتالیز تجزیه هیدروژن مولکولی به یون­های هیدروژن و  تجزیه آب در یون­های هیدروژن و اکسیژن وجود دارد. این تیم می­گوید: "عملکردهای برجسته کاتالیزوری بوروفن در واکنش تکامل هیدروژن، واکنش کاهش اکسیژن، واکنش تکامل اکسیژن و واکنش کاهش الکتریکی CO2 یافت شده­ است." این می­تواند دوره جدید چرخه­ های انرژی مبتنی بر آب را ایجاد کند. با این وجود، قبل از استفاده بیشتر از بوروفن، شیمی دانان باید کارهای دیگری انجان دهند. برای شروع، آنها هنوز راهی برای ساخت بوروفن در مقادیر زیاد پیدا نکرده ­اند. واکنش پذیری این ماده به معنی آسیب پذیری در برابر اکسیداسیون است، بنابراین باید با دقت محافظت شود. هر دو عامل، ساخت بوروفن را گران قیمت و جابه­ جایی آن را سخت می­کند. بنابراین پژوهش­هایی در پیش است. اما شیمیدانان به بوروفن ایمان زیادی دارند زیرا ممکن است به عنوان ماده شگفت­ انگیز بعدی برای ورود به جهان بدل شود.


گردآورندگان: دکتر آدرینه ملک خاچاطوریان- مهندس ریحانه گودرزی
​منبع: https://www.technologyreview.com/s/613267/borophene-the-new-2d-material-taking-chemistry-by-storm/