Blinking skaber svært tilgængelige 2D bornitrid

Rice University videnskabsmænd, der "flash" materialer for at syntetisere stoffer som grafen, har rettet deres opmærksomhed mod bornitrid, højt værdsat for dets termiske og kemiske stabilitet.

Processen udført af kemikeren James Tours Rice lab udsætter en forløber for hurtig opvarmning og afkøling for at producere todimensionelle materialer, i dette tilfælde rent bornitrid og borcarbonnitrid. Begge har indtil nu været svære at skabe i løs vægt og næsten umulige at producere i letopløselig form.

Laboratoriets rapport i Advanced Materials detaljer, hvordan flash Joule-opvarmning, en teknik introduceret af Tour-laboratoriet i 2020, kan tunes til at forberede rensede, mikroskopiske flager af bornitrid med varierende kulstofgrader.

Eksperimenter med materialet viste, at bornitridflager kan bruges som en del af en kraftig anti-korrosiv belægning.

"Bornitrid er et meget eftertragtet 2D-materiale," sagde Tour. "At være i stand til at lave det i løs vægt, og nu med blandede mængder kulstof, gør det endnu mere alsidigt."

På nanoskala kommer bornitrid i flere former, herunder en sekskantet konfiguration, der ligner grafen, men med skiftende bor- og nitrogenatomer i stedet for kulstof. Bornitrid er blødt, så det bruges ofte som smøremiddel og som tilsætningsstof til kosmetik, og det findes også i keramik og metalforbindelser for at forbedre deres evne til at håndtere høj varme.

Riskemiingeniør Michael Wong rapporterede for nylig, at bornitrid er en effektiv katalysator til at hjælpe med at ødelægge PFAS, et farligt "for evigt kemikalie", der findes i miljøet og hos mennesker.

Flash Joule-opvarmning involverer at stoppe kildematerialer mellem to elektroder i et rør og sende et hurtigt stød af elektricitet gennem dem. For grafen kan materialerne være næsten alt, der indeholder kulstof, hvor madaffald og brugte plastik bildele kun er to eksempler. Processen har også med succes isoleret sjældne jordarter fra kulflyveaske og andre råstoffer.

I eksperimenter ledet af Rice-studerende Weiyin Chen, fodrede laboratoriet ammoniakboran (BH₃ NH₃ ) ind i flashkammeret med varierende mængder carbon black, afhængigt af det ønskede produkt. Prøven blev derefter flashet to gange, først med 200 volt for at afgasse prøven af ​​fremmede elementer og igen med 150 volt for at fuldføre processen, med en samlet blinktid på mindre end et sekund.

Mikroskopbilleder viste, at flagerne er turbostratiske - det vil sige forkert justeret som dårligt stablede plader - med svækkede interaktioner mellem dem. Det gør flagerne nemme at adskille.

De er også letopløselige, hvilket førte til anti-korrosionseksperimenterne. Laboratoriet blandede flash bornitrid med polyvinylalkohol (PVA), malede forbindelsen på kobberfilm og udsatte overfladen for elektrokemisk oxidation i et bad af svovlsyre.

Den flashede forbindelse viste sig mere end 92% bedre til at beskytte kobberet end PVA alene eller en lignende forbindelse med kommercielt hexagonalt bornitrid. Mikroskopiske billeder viste, at forbindelsen skabte "slyngede diffusionsveje for ætsende elektrolytter," for at nå kobberet, og forhindrede også metalioner i at migrere.

Chen sagde, at forstadiets ledningsevne kan justeres ikke kun ved at tilføje kulstof, men også med jern eller wolfram.

Han sagde, at laboratoriet ser potentiale for at blinke yderligere materialer. "Forstadier, der er blevet brugt i andre metoder, såsom hydrotermisk og kemisk dampaflejring, kan prøves i vores flashmetode for at se, om vi kan forberede flere produkter med metastabile funktioner," sagde Chen. "Vi har demonstreret blinkende metastabile fase metalcarbider og overgangsmetal dichalcogenider, og denne del er mere forskning værd." + Udforsk yderligere

Grafen forbedres ved at blinke