Хвала вам што сте посетили Натуре.цом.Користите верзију претраживача са ограниченом подршком за ЦСС.За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у).Поред тога, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказујемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Клизачи који приказују три чланка по слајду.Користите дугмад назад и следећи да бисте се кретали кроз слајдове или дугмад контролора слајдова на крају да бисте се кретали кроз сваки слајд.
известио о електрохемијској стратификацији непроводног бора у танкослојни бор.Овај јединствени ефекат се постиже уградњом бора у металну мрежу која индукује електричну проводљивост и отвара простор за производњу бора са овом одрживом стратегијом.Експерименти изведени у различитим електролитима пружају моћан алат за добијање боренских пахуљица различитих фаза дебљине ~3–6 нм.Такође је откривен и разматран механизам електрохемијске елиминације бора.Дакле, предложени метод може послужити као нови алат за масовну производњу танкослојних сврдла и убрзати развој истраживања везаних за борове и њихову потенцијалну примену.
Дводимензионални (2Д) материјали су добили велико интересовање последњих година због својих јединствених својстава као што су електрична проводљивост или истакнуте активне површине.Развој графенских материјала скренуо је пажњу на друге 2Д материјале, тако да се нови 2Д материјали интензивно истражују.Поред добро познатог графена, недавно су се интензивно проучавали и дихалкогениди прелазних метала (ТМД) као што су ВС21, МоС22, МоСе3 и ВСе4.Упркос поменутим материјалима, хексагонални бор нитрид (хБН), црни фосфор и недавно успешно произведен боронен.Међу њима, бор је привукао велику пажњу као један од најмлађих дводимензионалних система.Слојевит је попут графена, али показује интересантна својства због своје анизотропије, полиморфизма и кристалне структуре.Масовни бор се појављује као основни градивни блок у икосаедру Б12, али се различите врсте кристала бора формирају различитим методама спајања и везивања у Б12.Као резултат тога, блокови бора обично нису слојевити попут графена или графита, што компликује процес добијања бора.Поред тога, многи полиморфни облици борофена (нпр. α, β, α1, пммм) чине га још сложенијим5.Различите фазе које се постижу током синтезе директно утичу на својства дрљача.Због тога развој синтетичких метода које омогућавају добијање фазно специфичних бороцена са великим бочним димензијама и малом дебљином љуспица тренутно захтева дубоко проучавање.
Многе методе за синтезу 2Д материјала засноване су на сонохемијским процесима у којима се материјали у расутом стању стављају у растварач, обично органски растварач, и ултразвуку неколико сати.Рањан и др.6 је успешно ексфолирало масу бора у борофен користећи метод описан горе.Проучавали су низ органских растварача (метанол, етанол, изопропанол, ацетон, ДМФ, ДМСО) и показали да је ултразвучни пилинг једноставан метод за добијање великих и танких пахуљица бора.Поред тога, показали су да се модификована Хамерсова метода може користити и за пилинг бора.Стратификацију течности су показали други: Лин ет ал.7 користио је кристални бор као извор за синтезу нискослојних β12-боренских плоча и даље их користио у литијум-сумпорним батеријама на бази борена, а Ли ет ал.8 је демонстрирано нискослојне бороненске плоче..Може се добити сонохемијском синтезом и користити као суперкондензаторска електрода.Међутим, таложење атомског слоја (АЛД) је такође једна од метода синтезе бора одоздо према горе.Манник ет ал.9 депоновали су атоме бора на атомски чисту сребрну подлогу.Овај приступ омогућава добијање листова ултра чистог боронена, међутим производња боранена у лабораторији је озбиљно ограничена због тешких услова процеса (ултра-високи вакуум).Због тога је од кључног значаја развити нове ефикасне стратегије за производњу боронена, објаснити механизам раста/стратификације, а затим извршити тачну теоријску анализу његових особина, као што су полиморфизам, електрични и топлотни трансфер.Х. Лиу ет ал.10 је дискутовано и објашњено механизам раста бора на Цу(111) супстратима.Испоставило се да атоми бора имају тенденцију да формирају 2Д густе кластере засноване на троугластим јединицама, а енергија формирања се стално смањује са повећањем величине кластера, што сугерише да 2Д кластери бора на бакарним супстратима могу расти неограничено.Детаљнију анализу дводимензионалних плоча бора дају Д. Ли ет ал.11, где су описане различите подлоге и дискутоване су могуће примене.Јасно је назначено да постоје одређене разлике између теоријских прорачуна и експерименталних резултата.Због тога су потребни теоријски прорачуни да би се у потпуности разумеле особине и механизми раста бора.Један од начина да се постигне овај циљ је употреба једноставне лепљиве траке за уклањање бора, али она је још увек премала да би се истражила основна својства и модификовала њена практична примена12.
Обећавајући начин инжењерског пилинга 2Д материјала од расутих материјала је електрохемијски пилинг.Овде се једна од електрода састоји од расутог материјала.Генерално, једињења која се обично пилингу електрохемијским методама имају високу проводљивост.Доступни су у облику компримованих штапића или таблета.Графит се на овај начин може успешно љуштити због његове високе електричне проводљивости.Ацхи и његов тим14 су успешно ексфолирали графит претварајући графитне шипке у пресовани графит у присуству мембране која се користи за спречавање распадања расутог материјала.Други гломазни ламинати се успешно пилингују на сличан начин, на пример, коришћењем Јанус15 електрохемијског деламинације.Слично, слојевити црни фосфор је електрохемијски стратификован, при чему кисели јони електролита дифундују у простор између слојева услед примењеног напона.Нажалост, исти приступ се не може једноставно применити на стратификацију бора у борофен због ниске електричне проводљивости расутог материјала.Али шта се дешава ако се растресити прах бора стави у металну мрежу (никл-никл или бакар-бакар) која ће се користити као електрода?Да ли је могуће индуковати проводљивост бора, који се даље може електрохемијски поделити као слојевити систем електричних проводника?Која је фаза развијеног нискослојног боронена?
У овој студији одговарамо на ова питања и демонстрирамо да ова једноставна стратегија пружа нови општи приступ производњи танких сврдла, као што је приказано на слици 1.
Литијум хлорид (ЛиЦл, 99,0%, ЦАС: 7447-41-8) и прах бора (Б, ЦАС: 7440-42-8) су набављени од Сигма Алдрицх (САД).Натријум сулфат (На2СО4, ≥ 99,0%, ЦАС: 7757-82-6) испоручен из Цхемпура (Пољска).Коришћен је диметил сулфоксид (ДМСО, ЦАС: 67-68-5) компаније Карпинек (Пољска).
Микроскопија атомске силе (АФМ МултиМоде 8 (Брукер)) даје информације о дебљини и величини решетке слојевитог материјала.Трансмисиона електронска микроскопија високе резолуције (ХР-ТЕМ) је изведена коришћењем ФЕИ Тецнаи Ф20 микроскопа при убрзавајућем напону од 200 кВ.Анализа атомске апсорпционе спектроскопије (ААС) изведена је коришћењем Хитацхи Зееман поларизованог атомског апсорпционог спектрофотометра и пламеног небулизатора да би се одредила миграција металних јона у раствор током електрохемијског пилинга.Зета потенцијал масивног бора је мерен и изведен на Зета Сизер-у (ЗС Нано ЗЕН 3600, Малверн) да би се одредио површински потенцијал бора.Хемијски састав и релативни атомски проценти површине узорака проучавани су рендгенском фотоелектронском спектроскопијом (КСПС).Мерења су обављена коришћењем Мг Ка зрачења (хν = 1253,6 еВ) у систему ПРЕВАЦ (Пољска) опремљеном Сциента СЕС 2002 анализатором енергије електрона (Шведска) који ради при константној преношеној енергији (Еп = 50 еВ).Комора за анализу се евакуише до притиска испод 5×10-9 мбар.
Типично, 0,1 г слободног боровог праха се прво утискује у метални мрежасти диск (никл или бакар) помоћу хидрауличке пресе.Диск има пречник од 15 мм.Припремљени дискови се користе као електроде.Коришћене су две врсте електролита: (и) 1 М ЛиЦл у ДМСО и (ии) 1 М На2СО4 у дејонизованој води.Као помоћна електрода коришћена је платинска жица.Шематски дијаграм радне станице је приказан на слици 1. Код електрохемијског уклањања, дата струја (1 А, 0,5 А или 0,1 А) се примењује између катоде и аноде.Трајање сваког експеримента је 1 сат.Након тога, супернатант је сакупљен, центрифугиран на 5000 рпм и испран неколико пута (3-5 пута) дејонизованом водом.
Различити параметри, као што су време и растојање између електрода, утичу на морфологију коначног производа електрохемијског раздвајања.Овде испитујемо утицај електролита, примењену струју (1 А, 0,5 А и 0,1 А; напон 30 В) и врсту металне решетке (Ни у зависности од величине удара).Испитана су два различита електролита: (и) 1 М литијум хлорид (ЛиЦл) у диметил сулфоксиду (ДМСО) и (ии) 1 М натријум сулфат (На2СО4) у дејонизованој (ДИ) води.У првом, литијум катјони (Ли+) ће се интеркалирати у бор, који је у процесу повезан са негативним наелектрисањем.У последњем случају, ањон сулфата (СО42-) ће се интеркалирати у позитивно наелектрисан бор.
У почетку је деловање наведених електролита било приказано при струји од 1 А. Процес је трајао 1 сат са две врсте металних решетки (Ни и Цу), респективно.Слика 2 приказује слику добијеног материјала помоћу микроскопије атомске силе (АФМ), а одговарајући профил висине је приказан на слици С1.Поред тога, висина и димензије пахуљица направљених у сваком експерименту приказане су у табели 1. Очигледно, када се користи На2СО4 као електролит, дебљина љускица је много мања када се користи бакарна мрежа.У поређењу са љуспицама које су ољуштене у присуству носача никла, дебљина се смањује за око 5 пута.Занимљиво је да је дистрибуција величине вага била слична.Међутим, ЛиЦл/ДМСО је био ефикасан у процесу пилинга користећи обе металне мреже, што је резултирало 5–15 слојева бороцена, слично другим течностима за пилинг, што је резултирало вишеструким слојевима бороцена7,8.Стога ће даље студије открити детаљну структуру узорака стратификованих у овом електролиту.
АФМ слике бороценских плоча након електрохемијског раздвајања у А Цу_Ли+_1 А, Б Цу_СО42-_1 А, Ц Ни_Ли+_1 А и Д Ни_СО42-_1 А.
Анализа је обављена применом трансмисионе електронске микроскопије (ТЕМ).Као што је приказано на слици 3, структура бора је кристална, о чему сведоче ТЕМ слике и бора и слојевитог бора, као и одговарајућа брза Фуријеова трансформација (ФФТ) и накнадни обрасци дифракције електрона изабране површине (САЕД).Главне разлике између узорака након процеса деламинације лако се виде на ТЕМ сликама, где су д-размаци оштрији, а растојања много краћа (0,35–0,9 нм; Табела С2).Док су узорци произведени на бакарној мрежи одговарали β-ромбоедарској структури бора8, узорци произведени коришћењем никламесхпоклапао се са теоријским предвиђањима параметара решетке: β12 и χ317.Ово је доказало да је структура бороцена кристална, али да су се дебљина и кристална структура промениле након ексфолијације.Међутим, јасно показује зависност коришћене мреже (Цу или Ни) од кристалности резултујућег борена.За Цу или Ни, може бити монокристална или поликристална, респективно.Модификације кристала су такође пронађене у другим техникама пилинга18,19.У нашем случају, корак д и коначна структура јако зависе од врсте коришћене мреже (Ни, Цу).Значајне варијације се могу наћи у САЕД обрасцима, што сугерише да наш метод доводи до формирања униформнијих кристалних структура.Поред тога, елементарно мапирање (ЕДКС) и СТЕМ снимање доказали су да се произведени 2Д материјал састоји од елемента бора (слика С5).Међутим, за дубље разумевање структуре потребна су даља проучавања особина вештачких борофена.Посебно треба наставити са анализом ивица бушотине, јер оне играју кључну улогу у стабилности материјала и његовим каталитичким перформансама20,21,22.
ТЕМ слике бора А, Б Цу_Ли+_1 А и Ц Ни_Ли+_1 А и одговарајући САЕД узорци (А', Б', Ц');брза Фуријеова трансформација (ФФТ) уметање у ТЕМ слику.
Ради одређивања степена оксидације боренских узорака урађена је рендгенска фотоелектронска спектроскопија (КСПС).Током загревања узорака борофена, однос бор-бор се повећао са 6,97% на 28,13% (Табела С3).У међувремену, редукција бор субоксида (БО) веза настаје углавном због одвајања површинских оксида и конверзије бор субоксида у Б2О3, на шта указује повећана количина Б2О3 у узорцима.На сл.С8 показује промене у односу везивања елемената бора и оксида при загревању.Укупан спектар је приказан на сл.С7.Испитивања су показала да је боронен оксидирао на површини у односу бор:оксид од 1:1 пре загревања и 1,5:1 након загревања.За детаљнији опис КСПС-а, погледајте Додатне информације.
Накнадни експерименти су спроведени да би се тестирао ефекат струје примењене између електрода током електрохемијског раздвајања.Испитивања су обављена при струјама од 0,5 А и 0,1 А у ЛиЦл/ДМСО, респективно.Резултати АФМ студија су приказани на слици 4, а одговарајући профили висине приказани су на сл.С2 и С3.Узимајући у обзир да је дебљина монослоја борофена око 0,4 нм,12,23 у експериментима на 0,5 А и присуство бакарне решетке, најтање љуспице одговарају 5–11 слојева борофена са бочним димензијама од око 0,6–2,5 μм.Поред тога, у експериментима саникларешетке, добијене су љуспице са изузетно малом дистрибуцијом дебљине (4,82–5,27 нм).Занимљиво је да љуспице бора добијене сонохемијским методама имају сличне величине пахуљица у опсегу од 1,32–2,32 нм7 или 1,8–4,7 нм8.Поред тога, електрохемијски пилинг графена који су предложили Ацхи ет ал.14 резултирало је већим пахуљицама (>30 µм), што може бити повезано са величином почетног материјала.Међутим, графенске пахуљице су дебеле 2–7 нм.Пахуљице уједначеније величине и висине могу се добити смањењем примењене струје са 1 А на 0,1 А. Стога је контрола овог кључног параметра текстуре 2Д материјала једноставна стратегија.Треба напоменути да експерименти изведени на никлованој мрежи са струјом од 0,1 А нису били успешни.Ово је због ниске електричне проводљивости никла у поређењу са бакром и недовољне енергије потребне за формирање борофена24.ТЕМ анализа Цу_Ли+_0,5 А, Цу_Ли+_0,1 А, Цу_СО42-_1 А, Ни_Ли-_0,5 А и Ни_СО42-_1 А приказана је на слици С3 и слици С4, респективно.
Електрохемијска аблација праћена АФМ снимањем.(А) Цу_Ли+_1А, (Б) Цу_Ли+_0,5А, (Ц) Цу_Ли+_0,1А, (Д) Ни_Ли+_1А, (Е) Ни_Ли+_0,5А.
Овде такође предлажемо могући механизам за стратификацију бушилице на танкослојне бушилице (слика 5).У почетку, булк бор је утиснут у Цу/Ни мрежу да изазове проводљивост у електроди, која је успешно применила напон између помоћне електроде (Пт жице) и радне електроде.Ово омогућава јонима да мигрирају кроз електролит и постану уграђени у материјал катоде/аноде, у зависности од коришћеног електролита.ААС анализа је показала да током овог процеса из металне мреже нису ослобођени јони (погледајте Додатне информације).показао да само јони из електролита могу да продру у структуру бора.Велики комерцијални бор који се користи у овом процесу често се назива „аморфним бором“ због његове насумичне дистрибуције примарних ћелијских јединица, икосаедра Б12, који се загрева на 1000°Ц да би се формирала уређена β-ромбоедарска структура (слика С6) 25 .Према подацима, литијум катјони се лако уводе у структуру бора у првој фази и откидају фрагменте батерије Б12, формирајући на крају дводимензионалну структуру боранена са високо уређеном структуром, као што су β-ромбоедри, β12 или χ3 , у зависности од примењене струје имесхматеријал.Да би се открио афинитет Ли+ према маси бора и његова кључна улога у процесу деламинације, измерен је његов зета потенцијал (ЗП) на -38 ± 3,5 мВ (погледајте Додатне информације).Негативна вредност ЗП за булк бор указује на то да је интеркалација позитивних литијум катјона ефикаснија од других јона коришћених у овој студији (као што је СО42-).Ово такође објашњава ефикаснији продор Ли+ у структуру бора, што резултира ефикаснијим електрохемијским уклањањем.
Тако смо развили нову методу за добијање нискослојног бора електрохемијском стратификацијом бора коришћењем Цу/Ни решетки у растворима Ли+/ДМСО и СО42-/Х2О.Такође се чини да даје излаз у различитим фазама у зависности од примењене струје и коришћене мреже.Такође се предлаже и дискутује механизам процеса пилинга.Може се закључити да се квалитетно контролисан нискослојни боронен може лако произвести избором одговарајуће металне мреже као носача бора и оптимизацијом примењене струје, која се даље може користити у основним истраживањима или практичним применама.Што је још важније, ово је први успешан покушај електрохемијске стратификације бора.Верује се да се овај пут обично може користити за пилинг непроводних материјала у дводимензионалне облике.Међутим, потребно је боље разумевање структуре и особина синтетизованих нискослојних сврдла, као и додатна истраживања.
Скупови података креирани и/или анализирани током тренутне студије доступни су у РепОД репозиторију, хттпс://дои.орг/10.18150/Кс5ЛВАН.
Десаи, ЈА, Адхикари, Н. и Каул, АБ Семицондуцтор ВС2 хемијска ефикасност пилинга и њена примена у адитивно произведеним графен-ВС2-графенским хетероструктурираним фотодиодама.РСЦ Адванцес 9, 25805–25816.хттпс://дои.орг/10.1039/Ц9РА03644Ј (2019).
Ли, Л. ет ал.Раслојавање МоС2 под дејством електричног поља.Ј. Легуре.Упоредити.862, 158551. хттпс://дои.орг/10.1016/Ј.ЈАЛЛЦОМ.2020.158551 (2021).
Цхен, Кс. ет ал.2Д МоСе2 нано плоче са слојевима течне фазе за НО2 гасни сензор високих перформанси на собној температури.Нанотецхнологи 30, 445503. хттпс://дои.орг/10.1088/1361-6528/АБ35ЕЦ (2019).
Иуан, Л. ет ал.Поуздан метод за квалитативну механичку деламинацију великих 2Д материјала.АИП Адванцес 6, 125201. хттпс://дои.орг/10.1063/1.4967967 (2016).
Оу, М. ет ал.Појава и еволуција бора.Напредна наука.8, 2001 801. хттпс://дои.орг/10.1002/АДВС.202001801 (2021).
Рањан, П. ет ал.Појединачне дрљаче и њихови хибриди.Напредна алма матер.31:1-8.хттпс://дои.орг/10.1002/адма.201900353 (2019).
Лин, Х. ет ал.Велика производња нискослојних једноструких плочица β12-борена ван мреже као ефикасних електрокатализатора за литијум-сумпорне батерије.САУ Нано 15, 17327–17336.хттпс://дои.орг/10.1021/ацснано.1ц04961 (2021).
Лее, Х. ет ал.Велика производња нискослојних плоча од бора и њихова одлична суперкапацитивност одвајањем течне фазе.САУ Нано 12, 1262–1272.хттпс://дои.орг/10.1021/ацснано.7б07444 (2018).
Манник, АЈ Синтеза бора: анизотропни дводимензионални полиморфи бора.Наука 350 (2015), 1513-1516.хттпс://дои.орг/10.1126/сциенце.аад1080 (1979).
Лиу Х., Гао Ј. и Зхао Ј. Од кластера бора до 2Д плоча бора на Цу(111) површинама: механизам раста и формирање пора.Наука.Извештај 3, 1–9.хттпс://дои.орг/10.1038/среп03238 (2013).
Лее, Д. ет ал.Дводимензионални листови бора: структура, раст, електронска и термичка транспортна својства.Проширене могућности.Алма Матер.30, 1904349. хттпс://дои.орг/10.1002/адфм.201904349 (2020).
Цхахал, С. ет ал.Борен врши пилинг микромехаником.Напредна алма матер.2102039(33), 1-13.хттпс://дои.орг/10.1002/адма.202102039 (2021).
Лиу, Ф. ет ал.Синтеза графенских материјала електрохемијским пилингом: недавни напредак и будући потенцијал.Енергија угљеника 1, 173–199.хттпс://дои.орг/10.1002/ЦЕИ2.14 (2019).
Ацхи, ТС ет ал.Скалабилни, нано листови графена високог приноса произведени од компримованог графита коришћењем електрохемијске стратификације.Наука.Извештај 8(1), 8. хттпс://дои.орг/10.1038/с41598-018-32741-3 (2018).
Фанг, И. ет ал.Јанусова електрохемијска деламинација дводимензионалних материјала.Ј. Алма матер.Хемијски.А. 7, 25691–25711.хттпс://дои.орг/10.1039/ц9та10487а (2019).
Амброси А., Софер З. и Пумера М. Електрохемијско раздвајање слојевитог црног фосфора на фосфорен.Ангие.Хемијски.129, 10579–10581.хттпс://дои.орг/10.1002/анге.201705071 (2017).
Фенг, Б. ет ал.Експериментална имплементација дводимензионалног боровог лима.Натионал Цхемицал.8, 563–568.хттпс://дои.орг/10.1038/нцхем.2491 (2016).
Ксие З. ет ал.Дводимензионални боронен: својства, припрема и обећавајуће примене.Истраживање 2020, 1-23.хттпс://дои.орг/10.34133/2020/2624617 (2020).
Гее, Кс. ет ал.Нова синтеза од врха према доле ултра танких дводимензионалних нано плоча бора за мултимодалну терапију рака вођену сликом.Напредна алма матер.30, 1803031. хттпс://дои.орг/10.1002/АДМА.201803031 (2018).
Цханг, И., Зхаи, П., Хоу, Ј., Зхао, Ј., анд Гао, Ј. Супериор ХЕР и ОЕР каталитичке перформансе слободних места селена у ПтСе 2 са дефектним инжењерингом: од симулације до експеримента.Алма матер напредне енергије.12, 2102359. хттпс://дои.орг/10.1002/аенм.202102359 (2022).
Ли, С. ет ал.Елиминација ивичних електронских и фононских стања фосфоренских нанотрака јединственом реконструкцијом ивица.18 година млађи, 2105130. хттпс://дои.орг/10.1002/смлл.202105130 (2022).
Зханг, Иу, ет ал.Универзална цик-цак реконструкција набораних монослојева α-фазе и њихова резултујућа робусна сепарација просторног набоја.Нанолет.21, 8095–8102.хттпс://дои.орг/10.1021/ацс.нанолетт.1ц02461 (2021).
Лее, В. ет ал.Експериментална примена боранена у саћу.Наука.бик.63, 282-286.хттпс://дои.орг/10.1016/Ј.СЦИБ.2018.02.006 (2018).
Тахериан, Р. Цондуцтивити Тхеори, Цондуцтивити.У композитима на бази полимера: експерименти, моделирање и примене (Каусар, А. ур.) 1–18 (Елсевиер, Амстердам, 2019).хттпс://дои.орг/10.1016/Б978-0-12-812541-0.00001-Кс.
Гиллеспие, ЈС, Таллеи, П., Лине, ЛЕ, Оверман, КД, Синтхесис, Б., Кохн, ЈАВФ, Ние, ГК, Голе, Е., Лаубенгаиер, В., Хурд, ДТ, Невкирк, АЕ, Хоард, ЈЛ, Јохнстон, ХЛН, Херсх, ЕЦ Керр, Ј., Россини, ФД, Вагман, ДД, Еванс, ВХ, Левине, С., Јаффее, И. Невкирк и боранес.Додати.цхем.сер.65, 1112. хттпс://пубс.ацс.орг/схаринггуиделинес (21. јануар 2022).
Ову студију је подржао Национални научни центар (Пољска) у оквиру гранта бр.ОПУС21 (2021/41/Б/СТ5/03279).
Жичана мрежа од никла је врста индустријске жицетканинанаправљен од никловане жице.Карактерише га издржљивост, електрична проводљивост и отпорност на корозију и рђу.Због својих јединствених својстава, никл жичана мрежа се обично користи у апликацијама као што су филтрација, просијавање и сепарација у индустријама као што су ваздухопловство, хемијска и прехрамбена индустрија.Доступан је у низу величина мреже и пречника жице како би задовољио различите захтеве.