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石墨烯一直是多個領域無數研究努力的焦點，石墨烯是一種多功能材料，由二維(2D)碳網絡組成，即一層厚度為一個原子的薄層碳。石墨烯不僅比最堅固的鋼更堅固，而且還具有無數有趣的化學、電子和機械特性，這讓科學家們懷疑其他材料的類似二維網絡結構是否也可以具有如此有用的性能。新研究報導的一種新二維材料硼苯，一種石墨烯的類似物，由硼原子而不是碳原子組成。然而，正如人們對於任何材料二維片材所期望的那樣，硼苯的合成被證明很具有挑戰性。
研究人員要麼使用底物使硼苯更穩定，要麼將硼與羥基(OH-)偶聯，以防止原子的平坦性。在東京理工學院新進行的一項研究中，包括Tetsuya Kambe、Akiyoshi Kuzume和Kimihisa Yamamoto在內的一個研究小組，通過簡單基於溶液的方法，合成了原子扁平的氧化硼片。首先，使用硼氫化鉀鹽(KBH4)通過相當簡單的工藝合成了層疊氧化硼。X射線分析揭示了該材料的二維層狀結構，其中硼原子層形成了以氧原子為橋梁的六角形二維網絡，並與含有鉀原子的層進行了插層。隨後的步驟是找到一種方法來原子剝離氧化硼網絡的薄層。
研究人員通過將材料放入二甲基甲醯胺中實現了這一目的，二甲基甲醯胺是一種常用的有機溶劑。進行了各種類型的測量以驗證剝離片材結構，包括電子顯微鏡、光譜學和原子力顯微鏡。結果證實，所提出的方法，對於生產所需原子扁平氧化硼苯片是有效的。最後，研究人員進行了電阻率測量，以分析疊層硼苯薄片的導電特性，並發現了一個有趣的特徵，稱為各向異性。這意味著，根據電流方向的不同，薄片表現出不同類型的導電性。該材料在平面間方向上表現為半導體，而在硼網絡結構平面內方向上表現出類似金屬的行為。
這兩種類型傳導行為背後的機制也得到了闡明。重要的是，硼片可以在一般環境條件下很容易地處理，這項開創性研究可能會促使硼苯的實際應用。尋找合成硼苯和硼苯基化合物的簡便方法，對於進一步研究這種有趣材料及其潛在用途至關重要。和石墨烯一樣，硼苯預計將具有獨特的性能，包括可以在各種領域開發非凡的機械特性和金屬行為。研究人員希望，未來對二維材料的發現和發展將使研究人員能夠利用其奇異特性，並定製二維材料以適應特定的需要。
博科園｜研究/來自：東京工業大學參考期刊《美國化學學會期刊》DOI: 10.1021/jacs.9b06110博科園｜科學、科技、科研、科普