Структура монооксида бора неожиданно обнаружена после 83 лет поисков

Национальная лаборатория Эймса

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Они не искали этого. Они просто пытались открыть новые 2D-материалы.

Именно тогда группа ученых из Национальной лаборатории Эймса неожиданно определила структуру монооксида бора. Это соединение было впервые обнаружено в 1940-х годах, но ученые не могли определить его структуру в течение 83 лет.

Об этом говорится в пресс-релизе организации, опубликованном во вторник.

«Изначально мы не собирались изучать этот конкретный материал», — сказал Фредерик Перрас, ученый из лаборатории Эймса и член исследовательской группы.

«На самом деле мы пытались создать безуглеродный ковалентный органический каркас».

«Однако после многих испытаний по синтезу мы не смогли получить высококристаллический ковалентный органический каркасный материал», — сказал Венью Хуан, другой ученый из лаборатории Эймса и член команды.

Группы Перраса и Хуанга изучали эти материалы для применения в альтернативной энергетике.

Используя новые методы ЯМР и ранее недоступные аналитические инструменты, они наконец наткнулись на структуру монооксида бора.

Ученые пытались разгадать эту загадку с 1940-х годов.

«Благодаря нашему опыту в области спектроскопии ядерного магнитного резонанса и разработке новых методов, к которым люди в 40-х, 50-х и 60-х годах не имели доступа, мы подумали, что, возможно, сможем положить конец этой почти столетней тайне. — сказал Перрас.

Исследователи обнаружили, что монооксид бора производится с использованием молекул-предшественников, которые слипаются в результате реакций дегидратации и действуют как строительные блоки.

«Поэтому мы разработали некоторые методы ЯМР, которые позволяют нам изучать ориентацию этих строительных блоков относительно друг друга. По сути, мы обнаружили, что соседние молекулы-предшественники организовывались параллельно друг другу, что соответствовало одной из ранее предложенных моделей», — сказал Перрас.

«Мы также применили множество других методов, в том числе порошковую рентгеновскую дифракцию, которая показала, что эти нанолисты организуются в так называемую турбостратную структуру», — сказал Перрас.

Эти сложенные нанолисты подобны стопке бумаги, брошенной на стол: приземлившись, они не выровнены идеально, но остаются в стопке.

Теперь Перрас надеется, что понимание этой новой структуры может привести к синтезу других полезных 2D-материалов на основе бора.

«Что меня действительно волнует, так это тот факт, что это старая проблема. Это такой простой материал; когда вы записываете химическую формулу, это БО. Поэтому с этой точки зрения интересно, что мы наконец решили его структуру», — сказал Перрас в своем заявлении.

Исследование было опубликовано в Журнале Американского химического общества.

Абстрактный:

Впервые о монооксиде бора (BO), полученном термической конденсацией тетрагидроксидибора, сообщалось в 1955 году; однако его структуру определить не удалось. В последнее время внимание к двумерным материалам на основе бора, таким как борофен и гексагональный нитрид бора, возобновило интерес к BO. С помощью вычислений было идентифицировано большое количество стабильных структур БО, но ни одна из них не подтверждена экспериментами. По общему мнению, этот материал, скорее всего, представляет собой двумерный материал на основе бороксина. Здесь мы применяем расширенные эксперименты ЯМР 11B для определения относительной ориентации центров B(B)O2 в BO. Мы обнаружили, что материал состоит из D2h-симметричных единиц O2B–BO2, которые организуются в более крупные кольца B4O2. Кроме того, эксперименты по порошковой дифракции дополнительно показывают, что эти единицы организуются в двумерные слои со случайной структурой укладки. Это наблюдение согласуется с более ранними исследованиями теории функционала плотности (DFT), которые показали, что структуры на основе B4O2 являются наиболее стабильными.