Borofen je dvourozměrný alotrop boru.[1] Je tvořen trojúhelníkovou sítí atomů bóru s periodicky rozmístěnými hexagonálními vakancemi. Jeho neobvyklá struktura souvisí s elektronovým deficitem bóru, který má pouze tři valenční elektrony a vytváří vícecenterní chemické vazby.
Poprvé byl připraven roku 2015 depozicí bóru na stříbrný substrát,[2] byl využit krystal Ag(111), tzn. depozice probíhala na krystalové rovině 111 stříbra.[4] Příprava byla inspirována syntézou silicenu (2D modifikace křemíku).
Jako lepší metoda se na základě výpočtů jeví depozice boru na povrch hexagonálního nitridu boritého.
Kromě stříbra je možné pro depozici využít i jiné substráty, např. Ir(111), Au(111), Cu(111) nebo Al(111).[3] Pokud použijeme hliník, nezískáme strukturu složenou z trojúhelníků, ale strukturu ekvivalentní grafenu. To je dáno interakcí s elektrony kovové vazby v hliníku, bor tak může získat potřebný čtvrtý elektron pro stabilizaci grafenové struktury.[5]
Zajímavé vlastnosti borofenu
* vysoká elektrická vodivost,
* výrazná anizotropie fyzikálních vlastností,
* vysoká mechanická pevnost při malé hmotnosti,
* možnost existence Diracových fermionů podobně jako u grafenu,
* očekávaná supravodivost některých modifikací.
Borofenové dvojvrstvy
Izolovaná monovrstva borofenu je chemicky velmi reaktivní a bez vhodného substrátu bývá nestabilní, proto se jako perspektivnější materiál jeví dvojvrstva borofenu. Příprava dvojvrstvy ale není úplně triviální. U grafenu je dvoj- a vícevrstvá forma snadno představitelná, ale u boru neznáme alotrop, který by byl vícevrstvou variantou borofenu.
První příprava byla publikována v lednu roku 2022, byla provedena opět na substrát Ag(111), který byl ostřelován atomy boru odpařeným z borové tyče působením elektronového paprsku. Následně byl produkt kalcinován, při vyšší teplotě vznikala monovrstva, ale při teplotě 450 °C byl pozorován vznik dvojvrstvy.
Podobně jako u jiných 2D materiálů lze vlastnosti dvojvrstvy ovlivňovat vzájemným pootočením jednotlivých vrstev. Výpočty ukazují, že získáme termoelektrický materiál, u kterého můžeme hodnotu Seebeckova koeficientu měnit pomocí velikosti deformace dvojvrstvy.[6]
Využití borofenu
Borofen je zkoumán jako perspektivní materiál pro nanoelektroniku, chemické senzory, akumulátory, katalyzátory a termoelektrické články. Díky vysoké vodivosti, mechanické pevnosti a velkému specifickému povrchu by mohl nalézt uplatnění v řadě pokročilých technologií. Praktické využití však zatím omezuje obtížná příprava a nízká chemická stabilita.
Literatura
- Borofen
- Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs
- Borophenes: monolayer, bilayer and heterostructures
- Ag(111) and Ag/Si(111): similarities and differences
- Experimental realization of honeycomb borophene
- Superior Thermoelectric Properties of Twist-Angle Superlattice Borophene Induced by Interlayer Electrons Transport
- Borofen na české wikipedii
- Progress and future directions in borophene research
- Recent progress in boron nanoclusters: from borophene to boron buckminsterfullerene – podrobné review z roku 2025