 近日，南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室台国安副教授在全新的二维硼单层实验与理论方面取得重大突破，相关成果以“Synthesis of Atomically Thin Boron Films on Copper Foils”为题发表在化学与材料学科的顶级期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. In. Ed., DOI: 10.1002/anie.201509285; German Edition: DOI: 10.1002/ange.201509285，IF=11.3)上。文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201509285/full 硼为碳的最近邻元素，具有许多迷人的物理和化学性质，诸如优越的结构复杂性、超硬性、超导性、热电性和高的化学稳定性。硼材料中B-B键非常强，并具有复杂的离域性，很难正确分类成离子型、共价型或金属型。目前已经发现硼元素至少有16种多形体，而且只能在高温高压条件稳定存在。因此，在二维硼材料合成实验报道之前，科学家在硼二维材料结构问题上存在着很大的争议。理论界预测硼单层结构有可能有类似于石墨烯的结构，大量的理论研究集中在类石墨烯结构设计上。然而，体相硼材料的结构并非层状，不能如石墨烯、硫化钼、黑磷等材料的最初制备方法一样，使用撕胶带法剥离而获得相应的单层结构，因此无法确知其具体的结构特征，对其迷人的性能和器件也无法开展深入和系统性研究。 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室台国安副教授在石墨烯、氮化硼、硫化钼和硫化钨等系列实验研究积累的基础上，经过大量实验条件探索，近期终于在铜箔基底上成功制备出了二维硼单层材料。该材料为一斜方晶系的γ相硼，其空间群为Pnnm，它是由正二十面体B12单元和哑铃状B2单元互联构成的二维单层。该二维单层具有非常吸引人的特征：一方面，该二维单层结构完全不同于目前发现的石墨烯、硫化钼、黑磷结构，是一种全新的二维结构，有望展示出迷人的结构-性能依赖性。另一方面，该二维单层为一直接带隙的半导体，而且可以在室温下稳定存在。这些实验和理论研究表明，二维硼单层在光电探测器、LED、激光器、逻辑器件、高温器件及纳机电器件和系统方面具有重要应用潜力。 该研究成果在线出版的2周时间内，获得了国际同行的广泛关注。国际顶级学术期刊《Nature》对该项工作以“元素硼制备出了二维单层（Boron made into 2D sheet）”为题做了亮点报道，详见Nature, 2015, 527, 136。英国皇家化学会化学世界网站（Chemistry world）上以 “Flat boron first looks promising for nano-electronics”为题进行了专题报道。 报道引用了美国纽约州立大学-石溪分校著名学者Artem Oganov 教授的评价“If you can do it with boron, you can do it with almost anything”，他相信以本研究为基点，可以合成出一系列硼化物二维材料。该项研究也得到了美国波多黎哥大学著名学者陈中方（Zhongfang Chen）教授的高度评价，他来信评价我们工作为“这是硼纳米材料中一个里程碑式的成就（This is a landmark achievement for boron nanomaterials）。”。另外，新加坡国立大学、美国莱斯大学、南开大学等多位著名学者给作者团队发来了贺信。该研究成果的发表有望掀起二维硼基材料实验和理论研究的热潮。 Nature、Chemistry world等亮点报道链接如下： http://www.nature.com/nature/journal/v527/n7577/full/527136c.html http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/11/flat-boron-first-looks-promising-nano-electronics 该研究工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、机械结构力学及控制国家重点实验室面上项目、南京航空航天大学青年科学项目以及江苏省高校重点学科项目的资助 |
