客观日本

日本开发出可控制导电性的新纳米片材,关键在于氢和硼的独特结构及有机分子吸附

2019年12月17日 化学材料

以日本物质材料研究机构(NIMS)和筑波大学为核心的研发团队开发出了仅由硼和氢构成的具备导电性的新纳米片材料。另外NIMS还与高亮度光科学研究中心(JASRI)共同发现,构成纳米片的氢原子呈特殊的排列方式,这种结构会引起分子吸附,从而大大改变导电性。这种新材料重量轻、柔韧性出色,而且可控制导电性,有望应用于可穿戴电子器件及新机理的传感器等。

以石墨烯为代表的原子和分子级超薄导电性纳米片材料具备柔韧性和特殊的电子状态,因此有望应用于电容器等电子器件。其中,理论上预测电子特性优于石墨烯的材料是仅由硼和氢构成的硼化氢纳米片,但这种材料非常难合成。2017年筑波大学与NIMS等的研究团队全球首次成功合成了硼化氢纳米片。但对其特性进行调查发现,跟预测不同,这是一种不具备导电性的绝缘体。通过查清实际产品为何与理论预测不同,不具备导电性,推进了合成导电性硼化氢纳米片的研究。

日本开发出可控制导电性的新纳米片材,关键在于氢和硼的独特结构及有机分子吸附

图:化学合成硼化氢纳米片。一种具备分子级厚度的片状物质,呈特殊的氢排列。可以导电,导电性对分子吸附比较敏感。

此次研究团队发现,不具备导电性的原因在于表面吸附的杂质,通过提高样本的纯度,进行适当的预处理,成功合成了稳定显示导电性的硼化氢纳米片。另外,为详细调查显示导电性的相关机制,利用大型同步辐射设施SPring-8解析了硼化氢纳米片的结构,发现氢原子呈特殊的排列方式,这种结构会引起电荷分布不均匀,此处吸附着微量的有机分子,因此导电性不稳定。

该成果表明,可通过有机分子的吸附控制导电性,这被认为是硼化氢纳米片的主要特征之一。利用该特点,有望实现导电性纳米片材料在器件领域的全新应用,比如利用分子吸附性的分子响应性传感器材料和催化剂材料等。

发表论文
■论文名称:Geometrical Frustration of B-H bonds in Layered Hydrogen Borides Accessible by Soft Chemistry
期刊:《Chem》
DOI:10.1016/j.chempr.2019.11.006

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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