Wetenschappers onthullen ‘magische boorclusters’ op monolaag borofeen

Onderzoekers van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben samen met medewerkers van de University of Science and Technology of China de vorming van boorclusters met magische getallen op monolaag borofeen onthuld en het evolutieproces van monolaag borofeen met geadsorbeerd boor waargenomen. clusters tot dubbellaags borofeen.

De studie is online gepubliceerd in PNAS.

Boor, dat naast koolstof in het periodiek systeem staat, heeft één elektron minder dan koolstof. Dit tekort aan elektronen geeft aanleiding tot zijn sterke bindingsvermogen en diverse boorpolymorfen. Ondanks hun variaties hebben alle boorpolymorfen als bouwstenen B₁₂ clusters, die een icosaëdrische kooistructuur hebben. Onderzoek dat experimentele en theoretische benaderingen combineert, heeft echter aangetoond dat kleine boorclusters in de gasfase, zoals B_N (n = 3 tot 12, 36), zijn vlak of quasi-vlak.

Deze eigenschap heeft de mogelijkheid geopend van tweedimensionaal (2D) boor, ook wel bekend als borofeen.

Volgens de polymorfe aard van borofeen kan de groei van boorclusters op metalen oppervlakken de structuur ervan sterk beïnvloeden. Eerdere studies hebben zich echter voornamelijk gericht op kleine boorclusters in de gasfase, en slechts enkele theoretische studies hebben de evolutie van boorclusters van kleine clusters naar 2D-vellen op oppervlakken onderzocht.

In deze studie ontdekten de onderzoekers dat de groei van booratomen op een Cu(111)-oppervlak bedekt met een monolaag van borofeen boorclusters kan genereren met een unieke grootteverdeling. Elke boorcluster bindt zich selectief aan specifieke plaatsen in elke eenheidscel van de borofeenmonolaag, wat resulteert in periodieke arrays.

Berekeningen van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) identificeerden de chemisch geadsorbeerde boorclusters als B₅ clusters, en de vorming en rangschikking van deze clusters op het oppervlak bleken het resultaat te zijn van de ladingsverdeling in het vlak en de delokalisatie van elektronen in het monolaag borofeen.

Bovendien is de dichte adsorptie van B₅ waargenomen werd dat clusters op het monolaag borofeen leidden tot spontane transformatie in dubbellaag borofeen.