Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη δυνατή εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.
αναφέρθηκε για την ηλεκτροχημική διαστρωμάτωση του μη αγώγιμου βορίου σε βόριο λεπτής στιβάδας.Αυτό το μοναδικό αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με την ενσωμάτωση χύδην βορίου σε ένα μεταλλικό πλέγμα που προκαλεί ηλεκτρική αγωγιμότητα και ανοίγει χώρο για την παραγωγή βορίου με αυτή τη βιώσιμη στρατηγική.Τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε διάφορους ηλεκτρολύτες παρέχουν ένα ισχυρό εργαλείο για τη λήψη νιφάδων διάτρησης διαφόρων φάσεων με πάχος ~3–6 nm.Αποκαλύπτεται επίσης και συζητείται ο μηχανισμός της ηλεκτροχημικής απομάκρυνσης του βορίου.Έτσι, η προτεινόμενη μέθοδος μπορεί να χρησιμεύσει ως νέο εργαλείο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή λεπτής στρώσης γρέζια και να επιταχύνει την ανάπτυξη της έρευνας που σχετίζεται με τα γρέζια και τις πιθανές εφαρμογές τους.
Τα δισδιάστατα (2D) υλικά έχουν λάβει μεγάλο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων τους όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα ή οι εμφανείς ενεργές επιφάνειες.Η ανάπτυξη υλικών γραφενίου έχει επιστήσει την προσοχή σε άλλα δισδιάστατα υλικά, επομένως νέα δισδιάστατα υλικά ερευνώνται εκτενώς.Εκτός από το γνωστό γραφένιο, τα διχαλκογονίδια μετάλλων μετάπτωσης (TMD) όπως τα WS21, MoS22, MoSe3 και WSe4 έχουν επίσης μελετηθεί εντατικά πρόσφατα.Παρά τα προαναφερθέντα υλικά, το εξαγωνικό νιτρίδιο του βορίου (hBN), ο μαύρος φώσφορος και το πρόσφατα παραγόμενο με επιτυχία βορονένιο.Μεταξύ αυτών, το βόριο τράβηξε μεγάλη προσοχή ως ένα από τα νεότερα δισδιάστατα συστήματα.Είναι στρωμένο όπως το γραφένιο, αλλά παρουσιάζει ενδιαφέρουσες ιδιότητες λόγω της ανισοτροπίας, του πολυμορφισμού και της κρυσταλλικής δομής του.Το χύμα βόριο εμφανίζεται ως το βασικό δομικό στοιχείο στο εικοσάεδρο Β12, αλλά διαφορετικοί τύποι κρυστάλλων βορίου σχηματίζονται μέσω διαφορετικών μεθόδων σύνδεσης και συγκόλλησης στο Β12.Ως αποτέλεσμα, τα μπλοκ βορίου συνήθως δεν στρώνονται όπως το γραφένιο ή ο γραφίτης, γεγονός που περιπλέκει τη διαδικασία λήψης βορίου.Επιπλέον, πολλές πολυμορφικές μορφές βοροφαινίου (π.χ. α, β, α1, pmmm) το καθιστούν ακόμη πιο πολύπλοκο5.Τα διάφορα στάδια που επιτυγχάνονται κατά τη σύνθεση επηρεάζουν άμεσα τις ιδιότητες των σβάρνων.Επομένως, η ανάπτυξη συνθετικών μεθόδων που καθιστούν δυνατή την απόκτηση βοροκενίων ειδικής φάσης με μεγάλες πλευρικές διαστάσεις και μικρό πάχος νιφάδων απαιτεί επί του παρόντος βαθιά μελέτη.
Πολλές μέθοδοι για τη σύνθεση δισδιάστατων υλικών βασίζονται σε ηχοχημικές διεργασίες στις οποίες τα χύδην υλικά τοποθετούνται σε έναν διαλύτη, συνήθως έναν οργανικό διαλύτη, και υποβάλλονται σε υπερήχους για αρκετές ώρες.Οι Ranjan et al.6 απολέπιση με επιτυχία χύμα βορίου σε βοροφένιο χρησιμοποιώντας τη μέθοδο που περιγράφεται παραπάνω.Μελέτησαν μια σειρά οργανικών διαλυτών (μεθανόλη, αιθανόλη, ισοπροπανόλη, ακετόνη, DMF, DMSO) και έδειξαν ότι η απολέπιση με υπερήχους είναι μια απλή μέθοδος για τη λήψη μεγάλων και λεπτών νιφάδων βορίου.Επιπλέον, έδειξαν ότι η τροποποιημένη μέθοδος Hummers μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την απολέπιση του βορίου.Η υγρή στρωματοποίηση έχει αποδειχθεί από άλλους: Lin et al.7 χρησιμοποίησαν κρυσταλλικό βόριο ως πηγή για τη σύνθεση φύλλων β12-οπής χαμηλής στρώσης και περαιτέρω τα χρησιμοποίησαν σε μπαταρίες λιθίου-θείου με βάση το βορένιο και οι Li et al.8 επιδεικνύονται φύλλα βοροενίου χαμηλής στρώσης..Μπορεί να ληφθεί με ηχοχημική σύνθεση και να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο υπερπυκνωτή.Ωστόσο, η εναπόθεση ατομικού στρώματος (ALD) είναι επίσης μία από τις μεθόδους σύνθεσης από κάτω προς τα πάνω για το βόριο.Ο Mannix et al.9 εναπόθεσε άτομα βορίου σε ένα ατομικά καθαρό στήριγμα αργύρου.Αυτή η προσέγγιση καθιστά δυνατή την απόκτηση φύλλων εξαιρετικά καθαρού βορονενίου, ωστόσο η εργαστηριακή παραγωγή βορονενίου είναι σοβαρά περιορισμένη λόγω των σκληρών συνθηκών της διαδικασίας (υπερ-υψηλό κενό).Ως εκ τούτου, είναι κρίσιμο να αναπτυχθούν νέες αποτελεσματικές στρατηγικές για την κατασκευή του βορονενίου, να εξηγηθεί ο μηχανισμός ανάπτυξης/στρωμάτωσης και στη συνέχεια να διεξαχθεί μια ακριβής θεωρητική ανάλυση των ιδιοτήτων του, όπως ο πολυμορφισμός, η ηλεκτρική και η θερμική μεταφορά.Οι Η. Liu et αϊ.10 συζήτησε και εξήγησε τον μηχανισμό ανάπτυξης του βορίου σε υποστρώματα Cu(111).Αποδείχθηκε ότι τα άτομα βορίου τείνουν να σχηματίζουν δισδιάστατα πυκνά σμήνη που βασίζονται σε τριγωνικές μονάδες και η ενέργεια σχηματισμού μειώνεται σταθερά με την αύξηση του μεγέθους των συστάδων, υποδηλώνοντας ότι τα σμήνη 2D βορίου σε χάλκινα υποστρώματα μπορούν να αναπτύσσονται επ 'αόριστον.Μια πιο λεπτομερής ανάλυση των δισδιάστατων φύλλων βορίου παρουσιάζεται από τους D. Li et al.11, όπου περιγράφονται διάφορα υποστρώματα και συζητούνται πιθανές εφαρμογές.Υποδεικνύεται ξεκάθαρα ότι υπάρχουν κάποιες αποκλίσεις μεταξύ των θεωρητικών υπολογισμών και των πειραματικών αποτελεσμάτων.Επομένως, χρειάζονται θεωρητικοί υπολογισμοί για την πλήρη κατανόηση των ιδιοτήτων και των μηχανισμών ανάπτυξης του βορίου.Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος είναι η χρήση μιας απλής κολλητικής ταινίας για την αφαίρεση του βορίου, αλλά αυτή είναι ακόμα πολύ μικρή για να διερευνηθούν οι βασικές ιδιότητες και να τροποποιηθεί η πρακτική εφαρμογή της12.
Ένας πολλά υποσχόμενος τρόπος μηχανικής αποφλοίωσης δισδιάστατων υλικών από χύδην υλικά είναι το ηλεκτροχημικό peeling.Εδώ ένα από τα ηλεκτρόδια αποτελείται από χύμα υλικό.Γενικά, οι ενώσεις που συνήθως απολεπίζονται με ηλεκτροχημικές μεθόδους είναι εξαιρετικά αγώγιμες.Διατίθενται ως συμπιεσμένα στικ ή δισκία.Ο γραφίτης μπορεί να απολεπιστεί επιτυχώς με αυτόν τον τρόπο λόγω της υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του.Ο Achi και η ομάδα του14 έχουν απολεπίσει επιτυχώς τον γραφίτη μετατρέποντας ράβδους γραφίτη σε συμπιεσμένο γραφίτη παρουσία μιας μεμβράνης που χρησιμοποιείται για την πρόληψη της αποσύνθεσης του χύδην υλικού.Άλλα ογκώδη ελάσματα απολεπίζονται επιτυχώς με παρόμοιο τρόπο, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας ηλεκτροχημική αποκόλληση Janus15.Ομοίως, ο επιστρωμένος μαύρος φώσφορος στρωματοποιείται ηλεκτροχημικά, με όξινα ιόντα ηλεκτρολύτη να διαχέονται στο χώρο μεταξύ των στρωμάτων λόγω της εφαρμοζόμενης τάσης.Δυστυχώς, η ίδια προσέγγιση δεν μπορεί απλώς να εφαρμοστεί στη στρωματοποίηση του βορίου σε βοροφένιο λόγω της χαμηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας του χύδην υλικού.Τι συμβαίνει όμως εάν σε ένα μεταλλικό πλέγμα (νικέλιο-νικέλιο ή χαλκός-χαλκός) περιλαμβάνεται χαλαρή σκόνη βορίου που θα χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρόδιο;Είναι δυνατόν να προκληθεί η αγωγιμότητα του βορίου, το οποίο μπορεί να διασπαστεί περαιτέρω ηλεκτροχημικά ως ένα πολυεπίπεδο σύστημα ηλεκτρικών αγωγών;Ποια είναι η φάση του ανεπτυγμένου βοροενίου χαμηλής στιβάδας;
Σε αυτή τη μελέτη, απαντάμε σε αυτά τα ερωτήματα και αποδεικνύουμε ότι αυτή η απλή στρατηγική παρέχει μια νέα γενική προσέγγιση για την κατασκευή λεπτών φρέζων, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1.
Χλωριούχο λίθιο (LiCl, 99,0%, CAS: 7447-41-8) και σκόνη βορίου (Β, CAS: 7440-42-8) αγοράστηκαν από τη Sigma Aldrich (ΗΠΑ).Θειικό νάτριο (Na2SO4, ≥ 99,0%, CAS: 7757-82-6) που παρέχεται από την Chempur (Πολωνία).Χρησιμοποιήθηκε διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO, CAS: 67-68-5) από την Karpinex (Πολωνία).
Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM MultiMode 8 (Bruker)) παρέχει πληροφορίες για το πάχος και το μέγεθος του πλέγματος του στρωμένου υλικού.Πραγματοποιήθηκε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο μετάδοσης υψηλής ανάλυσης (HR-TEM) χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο FEI Tecnai F20 σε τάση επιτάχυνσης 200 kV.Η ανάλυση με φασματοσκοπία ατομικής απορρόφησης (AAS) διεξήχθη χρησιμοποιώντας ένα πολωμένο φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης Hitachi Zeeman και έναν νεφελοποιητή φλόγας για τον προσδιορισμό της μετανάστευσης μεταλλικών ιόντων στο διάλυμα κατά την ηλεκτροχημική απολέπιση.Το δυναμικό ζήτα του χύδην βορίου μετρήθηκε και εκτελέστηκε σε Zeta Sizer (ZS Nano ZEN 3600, Malvern) για να προσδιοριστεί το δυναμικό επιφάνειας του χύδην βορίου.Η χημική σύσταση και τα σχετικά ατομικά ποσοστά της επιφάνειας των δειγμάτων μελετήθηκαν με φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS).Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ακτινοβολία Mg Ka (hν = 1253,6 eV) στο σύστημα PREVAC (Πολωνία) εξοπλισμένο με αναλυτή ενέργειας ηλεκτρονίων Scienta SES 2002 (Σουηδία) που λειτουργεί με σταθερή μεταδιδόμενη ενέργεια (Ep = 50 eV).Ο θάλαμος ανάλυσης εκκενώνεται σε πίεση κάτω από 5×10-9 mbar.
Τυπικά, 0,1 g σκόνης βορίου ελεύθερης ροής συμπιέζεται πρώτα σε έναν μεταλλικό δικτυωτό δίσκο (νικέλιο ή χαλκό) χρησιμοποιώντας μια υδραυλική πρέσα.Ο δίσκος έχει διάμετρο 15 mm.Ως ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται προετοιμασμένοι δίσκοι.Χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι ηλεκτρολυτών: (i) 1 Μ LiCl σε DMSO και (ii) 1 Μ Na2SO4 σε απιονισμένο νερό.Ως βοηθητικό ηλεκτρόδιο χρησιμοποιήθηκε ένα σύρμα πλατίνας.Το σχηματικό διάγραμμα του σταθμού εργασίας φαίνεται στο Σχήμα 1. Στην ηλεκτροχημική απογύμνωση, εφαρμόζεται ένα δεδομένο ρεύμα (1 Α, 0,5 Α ή 0,1 Α) μεταξύ της καθόδου και της ανόδου.Η διάρκεια κάθε πειράματος είναι 1 ώρα.Μετά από αυτό, το υπερκείμενο συλλέχθηκε, φυγοκεντρήθηκε στις 5000 rpm και πλύθηκε αρκετές φορές (3-5 φορές) με απιονισμένο νερό.
Διάφορες παράμετροι, όπως ο χρόνος και η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων, επηρεάζουν τη μορφολογία του τελικού προϊόντος του ηλεκτροχημικού διαχωρισμού.Εδώ εξετάζουμε την επίδραση του ηλεκτρολύτη, το εφαρμοζόμενο ρεύμα (1 A, 0,5 A και 0,1 A, τάση 30 V) και τον τύπο του μεταλλικού πλέγματος (Ni ανάλογα με το μέγεθος κρούσης).Δοκιμάστηκαν δύο διαφορετικοί ηλεκτρολύτες: (i) 1 Μ χλωριούχο λίθιο (LiCl) σε διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO) και (ii) 1 Μ θειικό νάτριο (Na2SO4) σε απιονισμένο (DI) νερό.Στην πρώτη, τα κατιόντα λιθίου (Li+) θα παρεμβάλλονται σε βόριο, το οποίο συνδέεται με αρνητικό φορτίο στη διαδικασία.Στην τελευταία περίπτωση, το θειικό ανιόν (SO42-) θα παρεμβληθεί σε ένα θετικά φορτισμένο βόριο.
Αρχικά, η δράση των παραπάνω ηλεκτρολυτών φάνηκε σε ρεύμα 1 Α. Η διαδικασία κράτησε 1 ώρα με δύο τύπους μεταλλικών δικτύων (Ni και Cu), αντίστοιχα.Το σχήμα 2 δείχνει μια εικόνα μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (AFM) του υλικού που προκύπτει και το αντίστοιχο προφίλ ύψους φαίνεται στο Σχήμα S1.Επιπλέον, το ύψος και οι διαστάσεις των νιφάδων που έγιναν σε κάθε πείραμα φαίνονται στον Πίνακα 1. Προφανώς, όταν χρησιμοποιείται Na2SO4 ως ηλεκτρολύτης, το πάχος των νιφάδων είναι πολύ μικρότερο όταν χρησιμοποιείται ένα πλέγμα χαλκού.Σε σύγκριση με τις νιφάδες που αφαιρούνται με την παρουσία ενός φορέα νικελίου, το πάχος μειώνεται κατά περίπου 5 φορές.Είναι ενδιαφέρον ότι η κατανομή μεγέθους των κλιμάκων ήταν παρόμοια.Ωστόσο, το LiCl/DMSO ήταν αποτελεσματικό στη διαδικασία απολέπισης χρησιμοποιώντας και τα δύο μεταλλικά πλέγματα, με αποτέλεσμα 5-15 στρώματα βοροκένιου, παρόμοια με άλλα υγρά απολέπισης, με αποτέλεσμα πολλαπλές στρώσεις βοροκενίου7,8.Επομένως, περαιτέρω μελέτες θα αποκαλύψουν τη λεπτομερή δομή των δειγμάτων που έχουν στρωματοποιηθεί σε αυτόν τον ηλεκτρολύτη.
Εικόνες AFM φύλλων βοροκενίου μετά από ηλεκτροχημική αποκόλληση σε A Cu_Li+_1 A, B Cu_SO42−_1 A, C Ni_Li+_1 A και D Ni_SO42−_1 A.
Η ανάλυση διεξήχθη χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία μετάδοσης (TEM).Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, η κύρια δομή του βορίου είναι κρυσταλλική, όπως αποδεικνύεται από τις εικόνες TEM τόσο του βορίου όσο και του βορίου με στρώματα, καθώς και από τα αντίστοιχα πρότυπα Γρήγορου Μετασχηματισμού Φουριέ (FFT) και επακόλουθων μοτίβων περίθλασης ηλεκτρονίων επιλεγμένης περιοχής (SAED).Οι κύριες διαφορές μεταξύ των δειγμάτων μετά τη διαδικασία αποκόλλησης φαίνονται εύκολα στις εικόνες TEM, όπου οι αποστάσεις d είναι πιο ευκρινείς και οι αποστάσεις είναι πολύ μικρότερες (0,35–0,9 nm, Πίνακας S2).Ενώ τα δείγματα που κατασκευάστηκαν στο χάλκινο πλέγμα ταίριαζαν με τη β-ρομβοεδρική δομή του βορίου8, τα δείγματα κατασκευάστηκαν με χρήση νικελίουπλέγματαίριαξε με τις θεωρητικές προβλέψεις των παραμέτρων του πλέγματος: β12 και χ317.Αυτό απέδειξε ότι η δομή του βοροκενίου ήταν κρυσταλλική, αλλά το πάχος και η κρυσταλλική δομή άλλαξαν κατά την απολέπιση.Ωστόσο, δείχνει ξεκάθαρα την εξάρτηση του χρησιμοποιούμενου πλέγματος (Cu ή Ni) από την κρυσταλλικότητα του προκύπτοντος βορενίου.Για Cu ή Ni, μπορεί να είναι μονοκρυσταλλικό ή πολυκρυσταλλικό, αντίστοιχα.Τροποποιήσεις κρυστάλλων έχουν βρεθεί και σε άλλες τεχνικές απολέπισης18,19.Στην περίπτωσή μας, το βήμα δ και η τελική δομή εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο του πλέγματος που χρησιμοποιείται (Ni, Cu).Σημαντικές παραλλαγές μπορούν να βρεθούν στα πρότυπα SAED, υποδηλώνοντας ότι η μέθοδός μας οδηγεί στο σχηματισμό πιο ομοιόμορφων κρυσταλλικών δομών.Επιπλέον, η στοιχειακή χαρτογράφηση (EDX) και η απεικόνιση STEM απέδειξαν ότι το κατασκευασμένο υλικό 2D αποτελούνταν από το στοιχείο βόριο (Εικ. S5).Ωστόσο, για μια βαθύτερη κατανόηση της δομής, απαιτούνται περαιτέρω μελέτες των ιδιοτήτων των τεχνητών βοροφαινών.Ειδικότερα, θα πρέπει να συνεχιστεί η ανάλυση των ακμών διάτρησης, καθώς παίζουν καθοριστικό ρόλο στη σταθερότητα του υλικού και στην καταλυτική του απόδοση20,21,22.
Εικόνες TEM χύμα βορίου A, B Cu_Li+_1 A και C Ni_Li+_1 A και αντίστοιχα μοτίβα SAED (A', B', C').γρήγορη εισαγωγή μετασχηματισμού Fourier (FFT) στην εικόνα TEM.
Πραγματοποιήθηκε φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου ακτίνων Χ (XPS) για τον προσδιορισμό του βαθμού οξείδωσης των δειγμάτων βορινίου.Κατά τη θέρμανση των δειγμάτων βοροφαινίου, η αναλογία βορίου-βορίου αυξήθηκε από 6,97% σε 28,13% (Πίνακας S3).Εν τω μεταξύ, η μείωση των δεσμών του υποξειδίου του βορίου (ΒΟ) συμβαίνει κυρίως λόγω του διαχωρισμού των επιφανειακών οξειδίων και της μετατροπής του υποξειδίου του βορίου σε Β2Ο3, όπως φαίνεται από την αυξημένη ποσότητα Β2Ο3 στα δείγματα.Στο σχ.Το S8 δείχνει αλλαγές στην αναλογία σύνδεσης στοιχείων βορίου και οξειδίου κατά τη θέρμανση.Το συνολικό φάσμα φαίνεται στο σχ.S7.Οι δοκιμές έδειξαν ότι το βορονένιο οξειδώθηκε στην επιφάνεια με αναλογία βορίου:οξειδίου 1:1 πριν από τη θέρμανση και 1,5:1 μετά τη θέρμανση.Για μια πιο λεπτομερή περιγραφή του XPS, ανατρέξτε στην ενότητα Συμπληρωματικές πληροφορίες.
Πραγματοποιήθηκαν μεταγενέστερα πειράματα για να ελεγχθεί η επίδραση του ρεύματος που εφαρμόζεται μεταξύ των ηλεκτροδίων κατά τον ηλεκτροχημικό διαχωρισμό.Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε ρεύματα 0,5 Α και 0,1 Α σε LiCl/DMSO, αντίστοιχα.Τα αποτελέσματα των μελετών AFM φαίνονται στο Σχ. 4 και τα αντίστοιχα προφίλ ύψους φαίνονται στα Σχ.S2 και S3.Λαμβάνοντας υπόψη ότι το πάχος μιας μονοστοιβάδας βοροφαινίου είναι περίπου 0,4 nm, 12,23 σε πειράματα στα 0,5 A και την παρουσία ενός χάλκινου πλέγματος, οι λεπτότερες νιφάδες αντιστοιχούν σε 5-11 στρώματα βοροφαινίου με πλευρικές διαστάσεις περίπου 0,6-2,5 μm.Επιπλέον, σε πειράματα μενικέλιοΛήφθηκαν πλέγματα, νιφάδες με εξαιρετικά μικρή κατανομή πάχους (4,82–5,27 nm).Είναι ενδιαφέρον ότι οι νιφάδες βορίου που λαμβάνονται με ηχοχημικές μεθόδους έχουν παρόμοια μεγέθη νιφάδων στην περιοχή από 1,32–2,32 nm7 ή 1,8–4,7 nm8.Επιπλέον, η ηλεκτροχημική απολέπιση του γραφενίου που προτείνεται από τους Achi et al.14 οδήγησε σε μεγαλύτερες νιφάδες (>30 μm), οι οποίες μπορεί να σχετίζονται με το μέγεθος του υλικού έναρξης.Ωστόσο, οι νιφάδες γραφενίου έχουν πάχος 2–7 nm.Οι νιφάδες πιο ομοιόμορφου μεγέθους και ύψους μπορούν να ληφθούν μειώνοντας το εφαρμοζόμενο ρεύμα από 1 Α σε 0,1 Α. Έτσι, ο έλεγχος αυτής της βασικής παραμέτρου υφής των υλικών 2D είναι μια απλή στρατηγική.Σημειωτέον ότι τα πειράματα που έγιναν σε πλέγμα νικελίου με ρεύμα 0,1 Α δεν ήταν επιτυχή.Αυτό οφείλεται στη χαμηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα του νικελίου σε σύγκριση με τον χαλκό και στην ανεπαρκή ενέργεια που απαιτείται για το σχηματισμό του βοροφαινίου24.Η ανάλυση TEM των Cu_Li+_0,5 A, Cu_Li+_0,1 A, Cu_SO42-_1 A, Ni_Li-_0,5 A και Ni_SO42-_1 A φαίνεται στο Σχήμα S3 και στο Σχήμα S4, αντίστοιχα.
Ηλεκτροχημική αφαίρεση ακολουθούμενη από απεικόνιση AFM.(Α) Cu_Li+_1A, (B) Cu_Li+_0,5A, (C) Cu_Li+_0,1A, (D) Ni_Li+_1A, (E) Ni_Li+_0,5A.
Εδώ προτείνουμε επίσης έναν πιθανό μηχανισμό για τη διαστρωμάτωση ενός τρυπανιού χύμα σε τρυπάνια λεπτής στρώσης (Εικ. 5).Αρχικά, το χύμα γείσο πιέστηκε στο πλέγμα Cu/Ni για να προκαλέσει αγωγιμότητα στο ηλεκτρόδιο, το οποίο εφάρμοσε με επιτυχία μια τάση μεταξύ του βοηθητικού ηλεκτροδίου (σύρμα Pt) και του ηλεκτροδίου εργασίας.Αυτό επιτρέπει στα ιόντα να μεταναστεύσουν μέσω του ηλεκτρολύτη και να ενσωματωθούν στο υλικό καθόδου/ανόδου, ανάλογα με τον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται.Η ανάλυση AAS έδειξε ότι δεν απελευθερώθηκαν ιόντα από το μεταλλικό πλέγμα κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας (βλ. Συμπληρωματικές πληροφορίες).έδειξε ότι μόνο ιόντα από τον ηλεκτρολύτη μπορούν να διεισδύσουν στη δομή του βορίου.Το χύμα εμπορικό βόριο που χρησιμοποιείται σε αυτή τη διαδικασία αναφέρεται συχνά ως "άμορφο βόριο" λόγω της τυχαίας κατανομής του σε πρωτεύουσες κυτταρικές μονάδες, το εικοσαεδρικό Β12, το οποίο θερμαίνεται στους 1000°C για να σχηματίσει μια διατεταγμένη β-ρομβοεδρική δομή (Εικ. S6). 25 .Σύμφωνα με τα δεδομένα, τα κατιόντα λιθίου εισάγονται εύκολα στη δομή του βορίου στο πρώτο στάδιο και αποκόπτουν θραύσματα της μπαταρίας B12, σχηματίζοντας τελικά μια δισδιάστατη δομή βορονενίου με μια πολύ διατεταγμένη δομή, όπως β-rhombohedra, β12 ή χ3. , ανάλογα με το εφαρμοζόμενο ρεύμα και τοπλέγμαυλικό.Για να αποκαλυφθεί η συγγένεια Li+ με το χύμα βόριο και ο βασικός του ρόλος στη διαδικασία αποκόλλησης, το δυναμικό ζήτα του (ZP) μετρήθηκε σε -38 ± 3,5 mV (βλ. Συμπληρωματικές πληροφορίες).Η αρνητική τιμή ZP για το χύμα βόριο δείχνει ότι η παρεμβολή θετικών κατιόντων λιθίου είναι πιο αποτελεσματική από άλλα ιόντα που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μελέτη (όπως το SO42-).Αυτό εξηγεί επίσης την αποτελεσματικότερη διείσδυση του Li+ στη δομή του βορίου, με αποτέλεσμα την πιο αποτελεσματική ηλεκτροχημική απομάκρυνση.
Έτσι, αναπτύξαμε μια νέα μέθοδο για τη λήψη βορίων χαμηλής στιβάδας με ηλεκτροχημική στρωματοποίηση του βορίου χρησιμοποιώντας πλέγματα Cu/Ni σε διαλύματα Li+/DMSO και SO42-/H2O.Φαίνεται επίσης να δίνει έξοδο σε διαφορετικά στάδια ανάλογα με το ρεύμα που εφαρμόζεται και το πλέγμα που χρησιμοποιείται.Προτείνεται και συζητείται επίσης ο μηχανισμός της διαδικασίας της απολέπισης.Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το βορένιο χαμηλής στρώσης ελεγχόμενης ποιότητας μπορεί να παραχθεί εύκολα επιλέγοντας ένα κατάλληλο μεταλλικό πλέγμα ως φορέα βορίου και βελτιστοποιώντας το εφαρμοζόμενο ρεύμα, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω σε βασική έρευνα ή πρακτικές εφαρμογές.Το πιο σημαντικό είναι ότι αυτή είναι η πρώτη επιτυχημένη προσπάθεια ηλεκτροχημικής διαστρωμάτωσης του βορίου.Πιστεύεται ότι αυτή η διαδρομή μπορεί συνήθως να χρησιμοποιηθεί για την απολέπιση μη αγώγιμων υλικών σε δισδιάστατες μορφές.Ωστόσο, απαιτείται καλύτερη κατανόηση της δομής και των ιδιοτήτων των συντιθέμενων γυψοσανίδων χαμηλής στρώσης, καθώς και πρόσθετη έρευνα.
Τα σύνολα δεδομένων που δημιουργήθηκαν ή/και αναλύθηκαν κατά τη διάρκεια της τρέχουσας μελέτης είναι διαθέσιμα από το αποθετήριο RepOD, https://doi.org/10.18150/X5LWAN.
Desai, JA, Adhikari, N. and Kaul, AB Semiconductor WS2 peel χημική αποτελεσματικότητα και η εφαρμογή της σε πρόσθετα κατασκευασμένες ετεροδομές φωτοδίοδοι γραφενίου-WS2-γραφενίου.RSC Advances 9, 25805–25816.https://doi.org/10.1039/C9RA03644J (2019).
Li, L. et αϊ.Αποκόλληση MoS2 υπό τη δράση ηλεκτρικού πεδίου.J. Alloys.Συγκρίνω.862, 158551. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2020.158551 (2021).
Chen, Χ. et αϊ.Νανοφύλλα 2D MoSe2 με στρώματα υγρής φάσης για αισθητήρα αερίου NO2 υψηλής απόδοσης σε θερμοκρασία δωματίου.Nanotechnology 30, 445503. https://doi.org/10.1088/1361-6528/AB35EC (2019).
Yuan, L. et αϊ.Μια αξιόπιστη μέθοδος για την ποιοτική μηχανική αποκόλληση υλικών μεγάλης κλίμακας 2D.AIP Advances 6, 125201. https://doi.org/10.1063/1.4967967 (2016).
Ou, Μ. et αϊ.Η εμφάνιση και η εξέλιξη του βορίου.Προηγμένη επιστήμη.8, 2001 801. https://doi.org/10.1002/ADVS.202001801 (2021).
Ranjan, Ρ. et αϊ.Μεμονωμένες σβάρνες και τα υβρίδια τους.Προχωρημένο Alma Mater.31:1-8.https://doi.org/10.1002/adma.201900353 (2019).
Lin, Η. et αϊ.Μεγάλης κλίμακας παραγωγή πλακιδίων μονής στρώσης εκτός δικτύου από β12-διάτρηση ως αποδοτικοί ηλεκτροκαταλύτες για μπαταρίες λιθίου-θείου.SAU Nano 15, 17327–17336.https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04961 (2021).
Lee, Η. et αϊ.Μεγάλης κλίμακας παραγωγή φύλλων βορίου χαμηλής στρώσης και η εξαιρετική τους υπερχωρητικότητα με διαχωρισμό υγρών φάσεων.SAU Nano 12, 1262–1272.https://doi.org/10.1021/acsnano.7b07444 (2018).
Mannix, AJ Boron Synthesis: Anisotropic Two-Dimensional Boron Polymorphs.Science 350 (2015), 1513-1516.https://doi.org/10.1126/science.aad1080 (1979).
Liu H., Gao J. και Zhao J. Από συστάδες βορίου σε φύλλα βορίου 2D σε επιφάνειες Cu(111): μηχανισμός ανάπτυξης και σχηματισμός πόρων.η επιστήμη.Έκθεση 3, 1–9.https://doi.org/10.1038/srep03238 (2013).
Lee, D. et al.Δισδιάστατα φύλλα βορίου: δομή, ανάπτυξη, ιδιότητες ηλεκτρονικής και θερμικής μεταφοράς.Εκτεταμένες δυνατότητες.alma mater.30, 1904349. https://doi.org/10.1002/adfm.201904349 (2020).
Chahal, S. et αϊ.Το Boren απολεπίζει με μικρομηχανική.Προχωρημένο Alma Mater.2102039(33), 1-13.https://doi.org/10.1002/adma.202102039 (2021).
Liu, F. et αϊ.Σύνθεση υλικών γραφενίου με ηλεκτροχημική απολέπιση: πρόσφατη πρόοδος και μελλοντικές δυνατότητες.Carbon Energy 1, 173–199.https://doi.org/10.1002/CEY2.14 (2019).
Achi, TS et αϊ.Κλιμακόμενα, υψηλής απόδοσης νανοφύλλα γραφενίου που παράγονται από συμπιεσμένο γραφίτη με χρήση ηλεκτροχημικής στρωματοποίησης.η επιστήμη.Έκθεση 8(1), 8. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32741-3 (2018).
Fang, Υ. et αϊ.Janus ηλεκτροχημική αποκόλληση δισδιάστατων υλικών.J. Alma mater.Χημική ουσία.Α. 7, 25691–25711.https://doi.org/10.1039/c9ta10487a (2019).
Ambrosi A., Sofer Z. and Pumera M. Ηλεκτροχημική αποκόλληση του στρώματος μαύρου φωσφόρου σε φωσφορένιο.Άντζι.Χημική ουσία.129, 10579–10581.https://doi.org/10.1002/ange.201705071 (2017).
Feng, Β. et αϊ.Πειραματική υλοποίηση φύλλου βορίου δύο διαστάσεων.National Chemical.8, 563–568.https://doi.org/10.1038/nchem.2491 (2016).
Xie Z. et al.Δισδιάστατο βορένιο: ιδιότητες, προετοιμασία και πολλά υποσχόμενες εφαρμογές.Έρευνα 2020, 1-23.https://doi.org/10.34133/2020/2624617 (2020).
Gee, Χ. et αϊ.Νέα σύνθεση από πάνω προς τα κάτω εξαιρετικά λεπτών δισδιάστατων νανοφύλλων βορίου για πολυτροπική θεραπεία καρκίνου καθοδηγούμενη από εικόνα.Προχωρημένο Alma Mater.30, 1803031. https://doi.org/10.1002/ADMA.201803031 (2018).
Chang, Y., Zhai, P., Hou, J., Zhao, J., and Gao, J. Superior HER και OER καταλυτική απόδοση των κενών θέσεων σεληνίου σε PtSe 2 που έχει σχεδιαστεί με ελαττώματα: από την προσομοίωση στο πείραμα.Alma mater προηγμένης ενέργειας.12, 2102359. https://doi.org/10.1002/aenm.202102359 (2022).
Li, S. et αϊ.Εξάλειψη ηλεκτρονικών ακμών και καταστάσεων φωνονίων νανοκορδέλες φωσφορενίου με μοναδική ανακατασκευή ακμών.18 χρόνια νεότερος, 2105130. https://doi.org/10.1002/smll.202105130 (2022).
Zhang, Yu, et αϊ.Καθολική ανακατασκευή ζιγκ-ζαγκ των τσαλακωμένων μονοστοιβάδων α και που προκύπτει από τον ισχυρό διαχωρισμό του διαστημικού φορτίου.Nanolet.21, 8095–8102.https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02461 (2021).
Lee, W. et αϊ.Πειραματική εφαρμογή βορονενίου κηρήθρας.η επιστήμη.ταύρος.63, 282-286.https://doi.org/10.1016/J.SCIB.2018.02.006 (2018).
Taherian, R. Θεωρία Αγωγιμότητας, Αγωγιμότητα.Στο Polymer-Based Composites: Experiments, Modeling, and Applications (Kausar, A. ed.) 1–18 (Elsevier, Άμστερνταμ, 2019).https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812541-0.00001-X.
Gillespie, JS, Talley, P., Line, LE, Overman, KD, Synthesis, B., Kohn, JAWF, Nye, GK, Gole, E., Laubengayer, V ., Hurd, DT, Newkirk, AE, Hoard, JL, Johnston, HLN, Hersh, EC Kerr, J., Rossini, FD, Wagman, DD, Evans, WH, Levine, S., Jaffee, I. Newkirk και boranes.Προσθήκη.χημ.ser.65, 1112. https://pubs.acs.org/sharingguidelines (21 Ιανουαρίου 2022).
Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Κέντρο Επιστημών (Πολωνία) με την επιχορήγηση αρ.OPUS21 (2021/41/B/ST5/03279).
Το συρμάτινο πλέγμα νικελίου είναι ένας τύπος βιομηχανικού σύρματοςπανίκατασκευασμένο από σύρμα νικελίου.Χαρακτηρίζεται από την ανθεκτικότητά του, την ηλεκτρική αγωγιμότητα και την αντοχή του στη διάβρωση και τη σκουριά.Λόγω των μοναδικών ιδιοτήτων του, το συρμάτινο πλέγμα νικελίου χρησιμοποιείται συνήθως σε εφαρμογές όπως το φιλτράρισμα, το κοσκίνισμα και ο διαχωρισμός σε βιομηχανίες όπως η αεροδιαστημική, η χημική και η επεξεργασία τροφίμων.Διατίθεται σε διάφορα μεγέθη πλέγματος και διαμέτρους σύρματος για να ανταποκρίνεται σε διάφορες απαιτήσεις.