ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แถบเลื่อนแสดงสามบทความต่อสไลด์ใช้ปุ่มย้อนกลับและปุ่มถัดไปเพื่อเลื่อนไปตามสไลด์ หรือใช้ปุ่มตัวควบคุมสไลด์ที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนไปตามแต่ละสไลด์
รายงานการแบ่งชั้นเคมีไฟฟ้าของโบรอนที่ไม่นำไฟฟ้าไปเป็นโบรอนชั้นบางผลลัพธ์อันเป็นเอกลักษณ์นี้เกิดขึ้นได้จากการรวมโบรอนจำนวนมากเข้ากับตาข่ายโลหะที่กระตุ้นการนำไฟฟ้า และเปิดพื้นที่สำหรับการผลิตโบรอนด้วยกลยุทธ์ที่เป็นไปได้นี้การทดลองที่ทำในอิเล็กโทรไลต์ต่างๆ เป็นเครื่องมืออันทรงพลังในการรับสะเก็ดเจาะในเฟสต่างๆ ที่มีความหนาประมาณ 3–6 นาโนเมตรกลไกการกำจัดโบรอนด้วยเคมีไฟฟ้ายังได้รับการเปิดเผยและหารือกันด้วยดังนั้นวิธีการที่เสนอนี้สามารถใช้เป็นเครื่องมือใหม่สำหรับการผลิตหัวกรอแบบชั้นบางขนาดใหญ่ และเร่งการพัฒนางานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับหัวกรอและการใช้งานที่เป็นไปได้
วัสดุสองมิติ (2D) ได้รับความสนใจอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุเหล่านั้น เช่น การนำไฟฟ้า หรือพื้นผิวที่แอคทีฟที่โดดเด่นการพัฒนาวัสดุกราฟีนได้ดึงความสนใจไปที่วัสดุ 2 มิติอื่นๆ ดังนั้นจึงมีการวิจัยวัสดุ 2 มิติใหม่ๆ อย่างกว้างขวางนอกจากกราฟีนที่รู้จักกันดีแล้ว ไดแชลโคเจนไนด์ของโลหะทรานซิชัน (TMD) เช่น WS21, MoS22, MoSe3 และ WSe4 ยังได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นเมื่อเร็ว ๆ นี้แม้จะมีวัสดุที่กล่าวมาข้างต้น โบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) ฟอสฟอรัสดำ และโบโรนีนที่ผลิตได้สำเร็จเมื่อเร็วๆ นี้โบรอนดึงดูดความสนใจอย่างมากในฐานะระบบสองมิติที่อายุน้อยที่สุดระบบหนึ่งมีชั้นคล้ายกราฟีน แต่แสดงคุณสมบัติที่น่าสนใจเนื่องจากแอนไอโซโทรปี ความหลากหลาย และโครงสร้างผลึกโบรอนจำนวนมากจะปรากฏเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในไอโคซาฮีดรอน B12 แต่ผลึกโบรอนประเภทต่างๆ จะเกิดขึ้นจากวิธีการต่อและประสานที่แตกต่างกันใน B12ด้วยเหตุนี้ บล็อกโบรอนจึงมักไม่เป็นชั้นเหมือนกราฟีนหรือกราไฟต์ ซึ่งทำให้กระบวนการรับโบรอนมีความซับซ้อนนอกจากนี้ โบโรฟีนในรูปแบบโพลีมอร์ฟิกหลายรูปแบบ (เช่น α, β, α1, pmmm) ทำให้โบโรฟีนมีความซับซ้อนมากยิ่งขึ้นขั้นตอนต่างๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ส่งผลโดยตรงต่อคุณสมบัติของไถพรวนดังนั้น การพัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่ทำให้ได้โบโรซีนเฉพาะเฟสที่มีขนาดด้านข้างขนาดใหญ่และมีเกล็ดที่มีความหนาน้อย จึงต้องอาศัยการศึกษาเชิงลึกในปัจจุบัน
วิธีการสังเคราะห์วัสดุ 2 มิติหลายวิธีจะขึ้นอยู่กับกระบวนการโซโนเคมี โดยวัสดุจำนวนมากจะถูกใส่ลงในตัวทำละลาย ซึ่งโดยปกติจะเป็นตัวทำละลายอินทรีย์ และถูกโซนิคเป็นเวลาหลายชั่วโมงรันจัน และคณะ6 สามารถขัดโบรอนจำนวนมากให้เป็นโบโรฟีนได้สำเร็จโดยใช้วิธีการที่อธิบายไว้ข้างต้นพวกเขาศึกษาตัวทำละลายอินทรีย์หลายชนิด (เมทานอล เอทานอล ไอโซโพรพานอล อะซิโตน DMF, DMSO) และแสดงให้เห็นว่าการขัดผิวด้วยคลื่นโซนิคเป็นวิธีการง่ายๆ เพื่อให้ได้โบรอนขนาดใหญ่และบางนอกจากนี้ พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าวิธี Hummers ที่ได้รับการดัดแปลงสามารถใช้ในการขัดผิวด้วยโบรอนได้คนอื่นๆ แสดงให้เห็นการแบ่งชั้นของเหลวแล้ว: Lin และคณะ7 ใช้คริสตัลไลน์โบรอนเป็นแหล่งในการสังเคราะห์แผ่น β12-borene ชั้นต่ำ และนำไปใช้เพิ่มเติมในแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์ที่ใช้โบรีน และ Li et al.8 แสดงให้เห็นแผ่นโบโรนีนชั้นต่ำ.สามารถรับได้โดยการสังเคราะห์โซโนเคมีและใช้เป็นอิเล็กโทรดซุปเปอร์คาปาซิเตอร์อย่างไรก็ตาม การสะสมของชั้นอะตอม (ALD) ก็เป็นหนึ่งในวิธีการสังเคราะห์จากล่างขึ้นบนสำหรับโบรอนMannix และคณะ 9 สะสมอะตอมของโบรอนไว้บนส่วนรองรับเงินบริสุทธิ์ที่เป็นอะตอมวิธีการนี้ทำให้ได้แผ่นโบโรนีนบริสุทธิ์พิเศษ อย่างไรก็ตาม การผลิตโบโรนีนในระดับห้องปฏิบัติการนั้นมีจำกัดอย่างมากเนื่องจากสภาวะกระบวนการที่รุนแรง (สุญญากาศสูงเป็นพิเศษ)ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องพัฒนากลยุทธ์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตโบโรนีน อธิบายกลไกการเติบโต/การแบ่งชั้น จากนั้นจึงดำเนินการวิเคราะห์ทางทฤษฎีที่แม่นยำเกี่ยวกับคุณสมบัติของโบโรนีน เช่น ความหลากหลายทางไฟฟ้า การถ่ายเทความร้อน และไฟฟ้าเอช. หลิว และคณะ10 พูดคุยและอธิบายกลไกการเจริญเติบโตของโบรอนบนพื้นผิว Cu (111)ปรากฎว่าอะตอมของโบรอนมีแนวโน้มที่จะก่อตัวกระจุกหนาแน่น 2 มิติตามหน่วยสามเหลี่ยม และพลังงานของการก่อตัวลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อขนาดกระจุกเพิ่มขึ้น บ่งชี้ว่ากระจุกโบรอน 2 มิติบนพื้นผิวทองแดงสามารถเติบโตได้อย่างไม่มีกำหนดD. Li และคณะ นำเสนอการวิเคราะห์แผ่นโบรอนสองมิติโดยละเอียดเพิ่มเติม11 โดยที่ซับสเตรตต่างๆ ถูกอธิบายและการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ถูกอภิปรายมีการระบุไว้อย่างชัดเจนว่ามีความแตกต่างบางประการระหว่างการคำนวณทางทฤษฎีและผลการทดลองดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการคำนวณทางทฤษฎีเพื่อทำความเข้าใจคุณสมบัติและกลไกของการเจริญเติบโตของโบรอนอย่างถ่องแท้วิธีหนึ่งที่จะบรรลุเป้าหมายนี้คือการใช้เทปกาวธรรมดาเพื่อขจัดโบรอน แต่ก็ยังน้อยเกินไปที่จะตรวจสอบคุณสมบัติพื้นฐานและปรับเปลี่ยนการใช้งานจริง12
วิธีการลอกวัสดุ 2 มิติจากวัสดุเทกองที่มีศักยภาพทางวิศวกรรมคือการลอกด้วยเคมีไฟฟ้าอิเล็กโทรดอันหนึ่งประกอบด้วยวัสดุจำนวนมากโดยทั่วไป สารประกอบที่มักถูกขัดผิวโดยวิธีเคมีไฟฟ้าจะมีค่าการนำไฟฟ้าสูงมีจำหน่ายในรูปแบบแท่งอัดหรือแท็บเล็ตกราไฟท์สามารถขัดผิวได้ด้วยวิธีนี้เนื่องจากมีการนำไฟฟ้าสูงAchi และทีมงานของเขา14 ประสบความสำเร็จในการขัดผิวกราไฟท์โดยการเปลี่ยนแท่งกราไฟท์ให้เป็นกราไฟท์แบบอัดต่อหน้าเมมเบรนที่ใช้เพื่อป้องกันการสลายตัวของวัสดุเทกองลามิเนตขนาดใหญ่อื่นๆ สามารถขัดผิวได้สำเร็จในลักษณะเดียวกัน เช่น การใช้การแยกชั้นด้วยเคมีไฟฟ้า Janus15ในทำนองเดียวกัน ชั้นฟอสฟอรัสดำจะถูกแบ่งชั้นทางเคมีไฟฟ้า โดยมีไอออนอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดกระจายเข้าไปในช่องว่างระหว่างชั้นเนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้น่าเสียดายที่วิธีการเดียวกันนี้ไม่สามารถนำไปใช้กับการแบ่งชั้นของโบรอนไปเป็นโบโรฟีนได้ เนื่องจากค่าการนำไฟฟ้าต่ำของวัสดุเทกองแต่จะเกิดอะไรขึ้นหากผงโบรอนหลวมรวมอยู่ในตาข่ายโลหะ (นิกเกิล-นิกเกิล หรือทองแดง-ทองแดง) เพื่อใช้เป็นอิเล็กโทรดเป็นไปได้หรือไม่ที่จะเหนี่ยวนำให้เกิดการนำไฟฟ้าของโบรอน ซึ่งสามารถแยกทางเคมีไฟฟ้าเพิ่มเติมเป็นระบบตัวนำไฟฟ้าแบบหลายชั้นได้โบโรนีนชั้นต่ำที่พัฒนาแล้วอยู่ในระยะใด?
ในการศึกษานี้ เราตอบคำถามเหล่านี้และแสดงให้เห็นว่ากลยุทธ์ง่ายๆ นี้ให้แนวทางทั่วไปใหม่ในการผลิตหัวกรอแบบบาง ดังแสดงในรูปที่ 1
ซื้อลิเธียมคลอไรด์ (LiCl, 99.0%, CAS: 7447-41-8) และผงโบรอน (B, CAS: 7440-42-8) จาก Sigma Aldrich (สหรัฐอเมริกา)โซเดียมซัลเฟต (Na2SO4, ≥ 99.0%, CAS: 7757-82-6) จัดหาจาก Chempur (โปแลนด์)ใช้ไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO, CAS: 67-68-5) จาก Karpinex (โปแลนด์)
กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM MultiMode 8 (Bruker)) ให้ข้อมูลเกี่ยวกับความหนาและขนาดตาข่ายของวัสดุที่เป็นชั้นๆกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (HR-TEM) ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ FEI Tecnai F20 ที่แรงดันไฟฟ้าเร่ง 200 kVการวิเคราะห์อะตอมมิกดูดกลืนสเปกโทรสโกปี (AAS) ดำเนินการโดยใช้เครื่องวัดการดูดกลืนแสงอะตอมมิกแบบโพลาไรซ์ของ Hitachi Zeeman และเครื่องพ่นฝอยละอองเพื่อตรวจสอบการเคลื่อนตัวของไอออนของโลหะไปสู่สารละลายในระหว่างการขัดผิวด้วยเคมีไฟฟ้าศักยภาพซีตาของโบรอนจำนวนมากถูกวัดและดำเนินการด้วยเครื่องซีต้าไซเซอร์ (ZS Nano ZEN 3600, Malvern) เพื่อกำหนดศักยภาพของพื้นผิวของโบรอนจำนวนมากศึกษาองค์ประกอบทางเคมีและเปอร์เซ็นต์อะตอมสัมพัทธ์ของพื้นผิวของตัวอย่างด้วยรังสีเอกซ์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS)การวัดดำเนินการโดยใช้รังสี Mg Ka (hν = 1253.6 eV) ในระบบ PREVAC (โปแลนด์) ที่ติดตั้งเครื่องวิเคราะห์พลังงานอิเล็กตรอน Scienta SES 2002 (สวีเดน) ซึ่งทำงานที่พลังงานส่งผ่านคงที่ (Ep = 50 eV)ห้องวิเคราะห์ถูกอพยพไปที่ความดันต่ำกว่า 5×10-9 มิลลิบาร์
โดยทั่วไปแล้ว ผงโบรอนที่ไหลอย่างอิสระ 0.1 กรัมจะถูกกดลงในแผ่นตาข่ายโลหะ (นิกเกิลหรือทองแดง) ก่อนโดยใช้เครื่องอัดไฮดรอลิกดิสก์มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 15 มม.ดิสก์ที่เตรียมไว้จะถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดมีการใช้อิเล็กโทรไลต์สองประเภท: (i) 1 M LiCl ใน DMSO และ (ii) 1 M Na2SO4 ในน้ำปราศจากไอออนลวดแพลตตินัมถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดเสริมแผนผังไดอะแกรมของเวิร์กสเตชันแสดงในรูปที่ 1 ในการปอกเคมีไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าที่กำหนด (1 A, 0.5 A หรือ 0.1 A) จะถูกใช้ระหว่างแคโทดและแอโนดระยะเวลาของการทดสอบแต่ละครั้งคือ 1 ชั่วโมงหลังจากนั้น ซุปเปอร์ตะกอนจะถูกรวบรวม ปั่นแยกที่ 5,000 รอบต่อนาที และล้างหลายครั้ง (3-5 ครั้ง) ด้วยน้ำปราศจากไอออน
พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น เวลาและระยะห่างระหว่างอิเล็กโทรด ส่งผลต่อสัณฐานวิทยาของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายของการแยกอิเล็กโทรเคมีที่นี่เราจะตรวจสอบอิทธิพลของอิเล็กโทรไลต์ กระแสไฟที่ใช้ (1 A, 0.5 A และ 0.1 A; แรงดันไฟฟ้า 30 V) และประเภทของตะแกรงโลหะ (Ni ขึ้นอยู่กับขนาดแรงกระแทก)อิเล็กโทรไลต์ที่แตกต่างกันสองชนิดถูกทดสอบ: (i) 1 โมลาร์ลิเธียมคลอไรด์ (LiCl) ในไดเมทิลซัลฟอกไซด์ (DMSO) และ (ii) 1 โมลาร์โซเดียมซัลเฟต (Na2SO4) ในน้ำปราศจากไอออน (DI)ในตอนแรก ลิเธียมไอออนบวก (Li+) จะแทรกตัวเข้าไปในโบรอน ซึ่งสัมพันธ์กับประจุลบในกระบวนการในกรณีหลังนี้ ซัลเฟตแอนไอออน (SO42-) จะแทรกตัวเป็นโบรอนที่มีประจุบวก
ในตอนแรก การกระทำของอิเล็กโทรไลต์ข้างต้นแสดงที่กระแส 1 A กระบวนการนี้ใช้เวลา 1 ชั่วโมงกับตะแกรงโลหะสองประเภท (Ni และ Cu) ตามลำดับรูปที่ 2 แสดงภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม (AFM) ของวัสดุที่ได้ และโปรไฟล์ความสูงที่สอดคล้องกันจะแสดงในรูปที่ S1นอกจากนี้ ความสูงและขนาดของสะเก็ดที่ทำในการทดลองแต่ละครั้งจะแสดงไว้ในตารางที่ 1 เห็นได้ชัดว่าเมื่อใช้ Na2SO4 เป็นอิเล็กโทรไลต์ ความหนาของสะเก็ดจะน้อยกว่ามากเมื่อใช้ตะแกรงทองแดงเมื่อเทียบกับสะเก็ดที่ลอกออกโดยมีตัวพานิกเกิล ความหนาจะลดลงประมาณ 5 เท่าสิ่งที่น่าสนใจคือการกระจายขนาดของตาชั่งก็ใกล้เคียงกันอย่างไรก็ตาม LiCl/DMSO มีประสิทธิภาพในกระบวนการขัดผิวโดยใช้ตาข่ายโลหะทั้งสอง ส่งผลให้มีโบโรซีน 5-15 ชั้น คล้ายกับของเหลวขัดผิวอื่นๆ ส่งผลให้มีโบโรซีนหลายชั้น7,8ดังนั้น การศึกษาเพิ่มเติมจะเปิดเผยโครงสร้างโดยละเอียดของตัวอย่างที่แบ่งชั้นในอิเล็กโทรไลต์นี้
ภาพ AFM ของแผ่นโบโรซีนหลังการแยกสารเคมีไฟฟ้าเป็น A Cu_Li+_1 A, B Cu_SO42−_1 A, C Ni_Li+_1 A และ D Ni_SO42−_1 A
การวิเคราะห์ดำเนินการโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM)ดังที่แสดงในรูปที่ 3 โครงสร้างจำนวนมากของโบรอนเป็นแบบผลึก ดังที่เห็นได้จากภาพ TEM ของทั้งโบรอนและโบรอนแบบชั้น เช่นเดียวกับการแปลงฟูเรียร์แบบเร็ว (FFT) ที่สอดคล้องกัน และรูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนในพื้นที่ที่เลือก (SAED) ที่ตามมาความแตกต่างที่สำคัญระหว่างตัวอย่างหลังจากกระบวนการแยกออกจากกันนั้นมองเห็นได้ง่ายในภาพ TEM โดยที่ระยะห่าง d นั้นคมชัดกว่าและระยะทางนั้นสั้นกว่ามาก (0.35–0.9 นาโนเมตร; ตาราง S2)ในขณะที่ตัวอย่างที่ประดิษฐ์บนตาข่ายทองแดงตรงกับโครงสร้าง β-rhombohedral ของโบรอน8 ตัวอย่างที่ประดิษฐ์โดยใช้นิกเกิลตาข่ายตรงกับการทำนายทางทฤษฎีของพารามิเตอร์ขัดแตะ: β12 และ χ317สิ่งนี้พิสูจน์ว่าโครงสร้างของโบโรซีนนั้นเป็นผลึก แต่ความหนาและโครงสร้างผลึกเปลี่ยนไปหลังจากการขัดผิวอย่างไรก็ตาม มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึงการขึ้นต่อกันของกริดที่ใช้ (Cu หรือ Ni) กับความเป็นผลึกของการเจาะที่เกิดขึ้นสำหรับ Cu หรือ Ni อาจเป็นผลึกเดี่ยวหรือโพลีคริสตัลไลน์ตามลำดับการดัดแปลงคริสตัลยังพบได้ในเทคนิคการขัดผิวอื่นๆ18,19ในกรณีของเรา ขั้นตอน d และโครงสร้างสุดท้ายขึ้นอยู่กับประเภทของกริดที่ใช้ (Ni, Cu) อย่างยิ่งการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญสามารถพบได้ในรูปแบบ SAED ซึ่งบ่งบอกว่าวิธีการของเรานำไปสู่การก่อตัวของโครงสร้างผลึกที่สม่ำเสมอมากขึ้นนอกจากนี้ การทำแผนที่องค์ประกอบ (EDX) และการถ่ายภาพ STEM พิสูจน์ว่าวัสดุ 2 มิติที่ประดิษฐ์ขึ้นนั้นประกอบด้วยองค์ประกอบโบรอน (รูปที่ S5)อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เข้าใจโครงสร้างได้ลึกซึ้งยิ่งขึ้น จำเป็นต้องมีการศึกษาคุณสมบัติของโบโรฟีนเทียมเพิ่มเติมโดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวิเคราะห์ขอบเจาะควรดำเนินต่อไป เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในความเสถียรของวัสดุและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา20,21,22
ภาพ TEM ของโบรอนจำนวนมาก A, B Cu_Li+_1 A และ C Ni_Li+_1 A และรูปแบบ SAED ที่สอดคล้องกัน (A ', B ', C ');การแทรกการแปลงฟูริเยร์อย่างรวดเร็ว (FFT) ลงในอิมเมจ TEM
เอ็กซเรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS) ดำเนินการเพื่อกำหนดระดับการเกิดออกซิเดชันของตัวอย่างเจาะในระหว่างการทำความร้อนตัวอย่างโบโรฟีน อัตราส่วนโบรอน-โบรอนเพิ่มขึ้นจาก 6.97% เป็น 28.13% (ตารางที่ S3)ในขณะเดียวกัน การลดลงของพันธะโบรอนซับออกไซด์ (BO) สาเหตุหลักมาจากการแยกออกไซด์ของพื้นผิวและการเปลี่ยนโบรอนซับออกไซด์เป็น B2O3 ตามที่ระบุด้วยปริมาณ B2O3 ที่เพิ่มขึ้นในตัวอย่างบนรูปS8 แสดงการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนพันธะของธาตุโบรอนและออกไซด์เมื่อได้รับความร้อนสเปกตรัมโดยรวมจะแสดงในรูปS7.การทดสอบแสดงให้เห็นว่าโบโรนีนออกซิไดซ์บนพื้นผิวที่อัตราส่วนโบรอน:ออกไซด์ 1:1 ก่อนการให้ความร้อนและ 1.5:1 หลังการให้ความร้อนสำหรับคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมของ XPS โปรดดูข้อมูลเสริม
การทดลองต่อมาได้ดำเนินการเพื่อทดสอบผลกระทบของกระแสไฟฟ้าที่ใช้ระหว่างอิเล็กโทรดระหว่างการแยกทางเคมีไฟฟ้าการทดสอบดำเนินการที่กระแส 0.5 A และ 0.1 A ใน LiCl/DMSO ตามลำดับผลลัพธ์ของการศึกษา AFM แสดงในรูปที่ 4 และโปรไฟล์ความสูงที่สอดคล้องกันจะแสดงในรูปที่ 4เอส2 และ เอส3เมื่อพิจารณาว่าความหนาของชั้นเดียวของโบโรฟีนคือประมาณ 0.4 นาโนเมตร หรือ 12,23 ในการทดลองที่ 0.5 A และการมีอยู่ของตะแกรงทองแดง สะเก็ดที่บางที่สุดจึงสอดคล้องกับชั้นโบโรฟีน 5–11 ชั้น โดยมีขนาดด้านข้างประมาณ 0.6–2.5 ไมโครเมตรนอกจากนี้ในการทดลองด้วยนิกเกิลได้กริด สะเก็ดที่มีการกระจายความหนาน้อยมาก (4.82–5.27 นาโนเมตร)สิ่งที่น่าสนใจคือ เกล็ดโบรอนที่ได้จากวิธีโซโนเคมีมีขนาดเกล็ดใกล้เคียงกันในช่วง 1.32–2.32 nm7 หรือ 1.8–4.7 nm8นอกจากนี้ การขัดผิวด้วยเคมีไฟฟ้าของกราฟีนที่เสนอโดย Achi และคณะ14 ส่งผลให้เกิดเกล็ดขนาดใหญ่ขึ้น (>30 µm) ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับขนาดของวัสดุตั้งต้นอย่างไรก็ตาม เกล็ดกราฟีนมีความหนา 2–7 นาโนเมตรเกล็ดที่มีขนาดและความสูงสม่ำเสมอมากขึ้นสามารถทำได้โดยการลดกระแสไฟที่ใช้จาก 1 A เหลือ 0.1 A ดังนั้น การควบคุมพารามิเตอร์พื้นผิวที่สำคัญของวัสดุ 2D จึงเป็นกลยุทธ์ง่ายๆควรสังเกตว่าการทดลองบนตะแกรงนิกเกิลที่มีกระแส 0.1 A ไม่ประสบผลสำเร็จนี่เป็นเพราะค่าการนำไฟฟ้าของนิกเกิลต่ำเมื่อเทียบกับทองแดงและพลังงานไม่เพียงพอที่จำเป็นในการสร้างโบโรฟีน24การวิเคราะห์ TEM ของ Cu_Li+_0.5 A, Cu_Li+_0.1 A, Cu_SO42-_1 A, Ni_Li-_0.5 A และ Ni_SO42-_1 A แสดงในรูปที่ S3 และรูปที่ S4 ตามลำดับ
การระเหยด้วยเคมีไฟฟ้าตามด้วยการถ่ายภาพ AFM(A) Cu_Li+_1A, (B) Cu_Li+_0.5A, (C) Cu_Li+_0.1A, (D) Ni_Li+_1A, (E) Ni_Li+_0.5A
ในที่นี้ เรายังเสนอกลไกที่เป็นไปได้สำหรับการแบ่งชั้นของการเจาะจำนวนมากไปยังการเจาะแบบชั้นบาง (รูปที่ 5)ในตอนแรก หัวกรอจำนวนมากถูกกดลงในตาราง Cu/Ni เพื่อกระตุ้นการนำไฟฟ้าในอิเล็กโทรด ซึ่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรดเสริม (สาย Pt) และอิเล็กโทรดที่ใช้งานได้สำเร็จซึ่งช่วยให้ไอออนสามารถเคลื่อนที่ผ่านอิเล็กโทรไลต์และฝังอยู่ในวัสดุแคโทด/แอโนด ขึ้นอยู่กับอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้การวิเคราะห์ AAS แสดงให้เห็นว่าไม่มีการปล่อยไอออนออกจากตาข่ายโลหะในระหว่างกระบวนการนี้ (ดูข้อมูลเพิ่มเติม)แสดงให้เห็นว่ามีเพียงไอออนจากอิเล็กโทรไลต์เท่านั้นที่สามารถทะลุเข้าไปในโครงสร้างโบรอนได้โบรอนเชิงพาณิชย์จำนวนมากที่ใช้ในกระบวนการนี้มักถูกเรียกว่า "โบรอนอสัณฐาน" เนื่องจากมีการกระจายแบบสุ่มของหน่วยเซลล์ปฐมภูมิ icosahedral B12 ซึ่งถูกให้ความร้อนถึง 1,000°C เพื่อสร้างโครงสร้าง β-rhombohedral ที่ได้รับคำสั่ง (รูปที่ S6) 25 .จากข้อมูลดังกล่าว ลิเธียมไอออนบวกเข้าไปในโครงสร้างโบรอนได้ง่ายในระยะแรก และฉีกชิ้นส่วนของแบตเตอรี่ B12 ออก และในที่สุดก็กลายเป็นโครงสร้างโบโรนีนสองมิติที่มีโครงสร้างที่มีลำดับสูง เช่น β-rhombohedra, β12 หรือ χ3 ขึ้นอยู่กับกระแสที่ใช้และตาข่ายวัสดุ.เพื่อเปิดเผยความสัมพันธ์ของ Li+ กับโบรอนจำนวนมากและบทบาทสำคัญของมันในกระบวนการแยกออก จึงวัดศักย์ซีตา (ZP) ไว้ที่ -38 ± 3.5 mV (ดูข้อมูลเพิ่มเติม)ค่า ZP เป็นลบสำหรับโบรอนจำนวนมากบ่งชี้ว่าการอินเทอร์คาเลชันของลิเทียมไอออนบวกมีประสิทธิภาพมากกว่าไอออนอื่นๆ ที่ใช้ในการศึกษานี้ (เช่น SO42-)นอกจากนี้ยังอธิบายถึงการแทรกซึมของ Li+ เข้าไปในโครงสร้างโบรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ส่งผลให้การกำจัดเคมีไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น
ดังนั้นเราจึงได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการรับโบรอนชั้นต่ำโดยการแบ่งชั้นเคมีไฟฟ้าของโบรอนโดยใช้กริด Cu/Ni ในสารละลาย Li+/DMSO และ SO42-/H2Oดูเหมือนว่าจะให้เอาต์พุตในขั้นตอนที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับกระแสที่ใช้และกริดที่ใช้มีการเสนอและหารือเกี่ยวกับกลไกของกระบวนการขัดผิวด้วยสรุปได้ว่าโบโรนีนชั้นต่ำที่ควบคุมคุณภาพสามารถผลิตได้อย่างง่ายดายโดยการเลือกตาข่ายโลหะที่เหมาะสมเป็นตัวพาโบรอนและปรับกระแสไฟที่ใช้ให้เหมาะสม ซึ่งสามารถนำไปใช้เพิ่มเติมในการวิจัยขั้นพื้นฐานหรือการใช้งานจริงได้ที่สำคัญกว่านั้น นี่เป็นความพยายามครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จในการแบ่งชั้นเคมีไฟฟ้าของโบรอนเชื่อกันว่าเส้นทางนี้สามารถใช้เพื่อขัดผิววัสดุที่ไม่นำไฟฟ้าให้กลายเป็นรูปแบบสองมิติได้อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับโครงสร้างและคุณสมบัติของหัวกรอชั้นต่ำที่สังเคราะห์ขึ้น เช่นเดียวกับการวิจัยเพิ่มเติม
ชุดข้อมูลที่สร้างและ/หรือวิเคราะห์ในระหว่างการศึกษาปัจจุบันมีอยู่ในพื้นที่เก็บข้อมูล RepOD https://doi.org/10.18150/X5LWAN
Desai, JA, Adhikari, N. และ Kaul, ประสิทธิภาพทางเคมีของการลอกของ AB Semiconductor WS2 และการประยุกต์ใช้ในโฟโตไดโอดที่มีโครงสร้างเฮเทอโรโครงสร้างแบบกราฟีน-WS2-กราฟีนแบบเติมแต่งRSC ล่วงหน้า 9, 25805–25816https://doi.org/10.1039/C9RA03644J (2019).
หลี่ แอล และคณะการแยกชั้นของ MoS2 ภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้าเจ. อัลลอยส์.เปรียบเทียบ.862, 158551. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2020.158551 (2021)
เฉิน เอ็กซ์ และคณะแผ่นนาโน 2D MoSe2 แบบแบ่งชั้นเฟสของเหลวสำหรับเซ็นเซอร์ก๊าซ NO2 ประสิทธิภาพสูงที่อุณหภูมิห้องนาโนเทคโนโลยี 30, 445503 https://doi.org/10.1088/1361-6528/AB35EC (2019)
หยวน แอล และคณะวิธีการที่เชื่อถือได้สำหรับการแยกส่วนเชิงกลเชิงคุณภาพของวัสดุ 2D ขนาดใหญ่AIP ล่วงหน้า 6, 125201 https://doi.org/10.1063/1.4967967 (2016)
อู ม. และคณะการเกิดขึ้นและวิวัฒนาการของโบรอนวิทยาศาสตร์ขั้นสูง8, 2001 801. https://doi.org/10.1002/ADVS.202001801 (2021)
Ranjan, P. และคณะคราดเดี่ยวและลูกผสมโรงเรียนเก่าขั้นสูง31:1-8.https://doi.org/10.1002/adma.201900353 (2019).
ลิน เอช และคณะการผลิตขนาดใหญ่ของเวเฟอร์เดี่ยวชั้นต่ำนอกกริดของ β12-borene เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียม-ซัลเฟอร์SAU นาโน 15, 17327–17336https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04961 (2021)
ลี เอช และคณะการผลิตแผ่นโบรอนชั้นต่ำขนาดใหญ่และประสิทธิภาพการเก็บประจุยิ่งยวดที่ยอดเยี่ยมโดยการแยกเฟสของเหลวSAU นาโน 12, 1262–1272https://doi.org/10.1021/acsnano.7b07444 (2018)
Mannix, การสังเคราะห์ AJ โบรอน: โพลีมอร์ฟโบรอนสองมิติแบบแอนไอโซทรอปิกวิทยาศาสตร์ 350 (2015), 1513-1516.https://doi.org/10.1126/science.aad1080 (1979)
Liu H. , Gao J. และ Zhao J. จากกลุ่มโบรอนไปจนถึงแผ่นโบรอน 2 มิติบนพื้นผิว Cu (111): กลไกการเจริญเติบโตและการสร้างรูพรุนวิทยาศาสตร์.รายงาน 3, 1–9https://doi.org/10.1038/srep03238 (2013)
ลี ดี และคณะแผ่นโบรอนสองมิติ: โครงสร้าง การเจริญเติบโต คุณสมบัติการขนส่งทางอิเล็กทรอนิกส์และทางความร้อนความสามารถเพิ่มเติมโรงเรียนเก่า30 ต.ค. 1904349 https://doi.org/10.1002/adfm.201904349 (2020)
Chahal, S. และคณะBoren ขัดผิวด้วยกลไกขนาดเล็กโรงเรียนเก่าขั้นสูง2102039(33), 1-13.https://doi.org/10.1002/adma.202102039 (2021)
หลิว เอฟ และคณะการสังเคราะห์วัสดุกราฟีนโดยการขัดผิวด้วยเคมีไฟฟ้า: ความก้าวหน้าล่าสุดและศักยภาพในอนาคตพลังงานคาร์บอน 1, 173–199https://doi.org/10.1002/CEY2.14 (2019)
อาชิ TS และคณะแผ่นนาโนกราฟีนที่ให้ผลผลิตสูงแบบปรับขนาดได้ซึ่งผลิตจากกราไฟท์ที่ถูกบีบอัดโดยใช้การแบ่งชั้นเคมีไฟฟ้าวิทยาศาสตร์.รายงาน 8(1), 8. https://doi.org/10.1038/s41598-018-32741-3 (2018)
ฝาง ย. และคณะการแยกสารเคมีไฟฟ้าของเจนัสของวัสดุสองมิติเจ. อัลมาเมเตอร์.เคมี.ก. 7, 25691–25711.https://doi.org/10.1039/c9ta10487a (2019)
Ambrosi A. , Sofer Z. และ Pumera M. การแยกสารเคมีไฟฟ้าของฟอสฟอรัสดำชั้นเป็นฟอสฟอรีนแองจี้.เคมี.129, 10579–10581.https://doi.org/10.1002/ange.201705071 (2017)
เฟิง บี และคณะการทดลองนำแผ่นโบรอนสองมิติไปใช้เคมีแห่งชาติ.8, 563–568.https://doi.org/10.1038/nchem.2491 (2016)
Xie Z. และคณะโบโรนีนสองมิติ: คุณสมบัติ การเตรียมการ และการใช้งานที่คาดหวังวิจัย 2563, 1-23.https://doi.org/10.34133/2020/2624617 (2020).
Gee, X. และคณะการสังเคราะห์จากบนลงล่างแบบใหม่ของนาโนชีตโบรอนสองมิติบางพิเศษสำหรับการรักษามะเร็งต่อเนื่องหลายรูปแบบด้วยภาพโรงเรียนเก่าขั้นสูง30 ต.ค. 1803031 https://doi.org/10.1002/ADMA.201803031 (2018)
Chang, Y. , Zhai, P. , Hou, J. , Zhao, J. , และ Gao, J. ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยา HER และ OER ที่เหนือกว่าของตำแหน่งงานว่างซีลีเนียมใน PtSe 2 ที่ออกแบบโดยข้อบกพร่อง: จากการจำลองไปจนถึงการทดลองโรงเรียนเก่าแห่งพลังงานขั้นสูง12/12/2102359 https://doi.org/10.1002/aenm.202102359 (2022)
หลี่ ส. และคณะการกำจัดสถานะขอบอิเล็กทรอนิกส์และโฟนอนของนาโนริบบอนฟอสฟอรีนโดยการสร้างขอบใหม่ที่ไม่เหมือนใครอายุน้อยกว่า 18 ปี 2105130 https://doi.org/10.1002/smll.202105130 (2022)
จาง หยู และคณะการสร้างซิกแซกแบบสากลของ monolayers α-phase ที่มีรอยย่นและผลลัพธ์การแยกประจุพื้นที่ที่แข็งแกร่งนาโนเล็ต21, 8095–8102.https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02461 (2021)
ลี ดับบลิว และคณะการทดลองใช้โบโรนีนรวงผึ้งวิทยาศาสตร์.วัว.63, 282-286.https://doi.org/10.1016/J.SCIB.2018.02.006 (2018)
Taherian, R. ทฤษฎีการนำไฟฟ้า การนำไฟฟ้าในคอมโพสิตที่ใช้โพลีเมอร์: การทดลอง การสร้างแบบจำลอง และการประยุกต์ (Kausar, A. ed.) 1–18 (Elsevier, Amsterdam, 2019)https://doi.org/10.1016/B978-0-12-812541-0.00001-X.
Gillespie, JS, Talley, P., Line, LE, Overman, KD, การสังเคราะห์, 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 และ boranesเพิ่ม.เคมีเซอร์65, 1112 https://pubs.acs.org/sharingguidelines (21 มกราคม 2022)
การศึกษานี้ได้รับการสนับสนุนจากศูนย์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ (โปแลนด์) ภายใต้ทุนเลขที่OPUS21 (2021/41/B/ST5/03279)
ลวดตาข่ายนิกเกิลเป็นลวดอุตสาหกรรมชนิดหนึ่งผ้าทำจากลวดนิกเกิลโดดเด่นด้วยความทนทาน การนำไฟฟ้า และความต้านทานต่อการกัดกร่อนและสนิมเนื่องจากคุณสมบัติเฉพาะตัว ตาข่ายลวดนิกเกิลจึงมักใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น การกรอง การกรอง และการแยกในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การบินและอวกาศ เคมี และการแปรรูปอาหารมีจำหน่ายในขนาดตาข่ายและเส้นผ่านศูนย์กลางลวดหลายขนาดเพื่อให้เหมาะกับความต้องการที่หลากหลาย