Lo siento, el grafeno: el borofeno es el nuevo material maravilloso que tiene a todos emocionados

Jurado | comunes de wikimedia

No hace mucho tiempo, el grafeno era el nuevo gran material maravilloso. Una hoja de alambre de carbón súper fuerte y del grosor de un átomo, puede formar tubos, bolas y otras formas curiosas. Y debido a que conduce la electricidad, los científicos de materiales plantearon la perspectiva de una nueva era de procesamiento informático basado en grafeno y una lucrativa industria de chips de grafeno para arrancar. La Unión Europea invirtió mil millones de euros para poner en marcha una industria del grafeno.

Este valiente nuevo mundo basado en el grafeno aún no se ha materializado. Pero ha desencadenado un interés en otros materiales bidimensionales. Y el más emocionante de todos es el borofeno: una sola capa de átomos de boro que forman varias estructuras cristalinas.

El motivo de la emoción es la extraordinaria variedad de aplicaciones para las que el borofeno se ve bien. Los electroquímicos creen que el borofeno podría convertirse en el material del ánodo en una nueva generación de baterías de iones de litio más potentes. Los químicos están fascinados por sus capacidades catalíticas. Y los físicos están probando sus capacidades como sensor para detectar numerosos tipos de átomos y moléculas.

Hoy, Zhi-Qiang Wang de la Universidad de Xiamen en China y varios colegas revisan las notables propiedades del borofeno y las aplicaciones a las que podrían conducir.

El borofeno tiene una historia breve. Los físicos predijeron por primera vez su existencia en la década de 1990 usando simulaciones por computadora para mostrar cómo los átomos de boro podrían formar una monocapa.

Pero esta sustancia exótica no se sintetizó hasta 2015, mediante deposición química de vapor. Este es un proceso en el que un gas caliente de átomos de boro se condensa en una superficie fría de plata pura.

La disposición regular de los átomos de plata obliga a los átomos de boro a adoptar un patrón similar, cada uno de los cuales se une a otros seis átomos para crear una estructura hexagonal plana. Sin embargo, una proporción significativa de átomos de boro se unen solo con otros cuatro o cinco átomos, y esto crea vacantes en la estructura. El patrón de vacantes es lo que le da a los cristales de borofeno sus propiedades únicas.

Desde la síntesis del borofeno, los químicos han estado caracterizando ansiosamente sus propiedades. El borofeno resulta ser más fuerte que el grafeno y más flexible. Es un buen conductor tanto de la electricidad como del calor, y también es superconductor. Estas propiedades varían según la orientación del material y la disposición de las vacantes. Esto lo hace sintonizable, al menos en principio. Esa es una de las razones por las que los químicos están tan emocionados.

El borofeno también es ligero y bastante reactivo. Eso lo convierte en un buen candidato para almacenar iones metálicos en baterías. El borofeno es un material de ánodo prometedor para las baterías de iones de Li, Na y Mg debido a sus altas capacidades específicas teóricas, excelente conductividad electrónica y excelentes propiedades de transporte de iones, dicen Wang y compañía.

Los átomos de hidrógeno también se adhieren fácilmente a la estructura de una sola capa del borofeno, y esta propiedad de adsorción, combinada con la enorme superficie de las capas atómicas, hace del borofeno un material prometedor para el almacenamiento de hidrógeno. Los estudios teóricos sugieren que el borofeno podría almacenar más del 15% de su peso en hidrógeno, superando significativamente a otros materiales.

Luego está la capacidad del borofeno para catalizar la descomposición del hidrógeno molecular en iones de hidrógeno y el agua en iones de hidrógeno y oxígeno. Se han encontrado rendimientos catalíticos sobresalientes del borofeno en la reacción de evolución de hidrógeno, la reacción de reducción de oxígeno, la reacción de evolución de oxígeno y la reacción de electrorreducción de CO2, dice el equipo. Eso podría marcar el comienzo de una nueva era de ciclos de energía basados ​​en el agua.

Sin embargo, los químicos tienen mucho trabajo por hacer antes de que el borofeno pueda usarse más ampliamente. Para empezar, todavía tienen que encontrar la manera de producir borofeno en grandes cantidades. Y la reactividad del material significa que es vulnerable a la oxidación, por lo que debe protegerse cuidadosamente. Ambos factores hacen que el borofeno sea costoso de fabricar y difícil de manejar. Así que hay trabajo por delante.

Pero los químicos tienen una gran fe. El borofeno puede convertirse en el próximo material maravilloso en entrar al mundo.

Ref: arxiv.org/abs/1903.11304 : Revisión del borofeno y sus aplicaciones potenciales

esconder