07/05/2019 - 16:27
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No hace mucho tiempo el grafeno era el nuevo material maravilloso. Una lámina súper fuerte, con una estructura atómica de alambre, que puede formar tubos, bolas y otras formas curiosas.
Debido a que conduce electricidad, los científicos de materiales plantearon la perspectiva de una nueva era de procesamiento computarizado basado en gráficas y una lucrativa industria de chips de grafeno. La Unión Europea invirtió 1.000 millones de euros para poner en marcha una industria del grafeno.
Este nuevo y valiente mundo basado en el grafeno aún no se ha materializado. Pero ha despertado el interés por 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 borofeno coge el relevo del grafeno
La razón de la excitación es la extraordinaria gama de aplicaciones que tiene el borofeno. Los electroquímicos piensan 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 habilidades como sensor para detectar numerosos tipos de átomos y moléculas.
Hoy, Zhi-Qiang Wang, de la Universidad de Xiamen en China, junto con varios colegas, revisa las notables propiedades del borofeno y las aplicaciones a las que podría dar lugar.
El descubirmiento del material
El borofeno tiene una historia corta. Los físicos predijeron por primera vez su existencia en la década de 1990 utilizando simulaciones por computadora para mostrar cómo los átomos de boro podían formar una monocapa.
Pero esta sustancia exótica no se sintetizó hasta 2015, utilizando la 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 fuerza a los átomos de boro en 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 sólo con otros cuatro o cinco átomos, y esto crea vacantes en la estructura. El patrón de las vacantes es lo que da a los cristales de borofeno sus propiedades únicas.
Unas cualidades únicas
Desde la síntesis del borofeno, los químicos han estado caracterizando sus propiedades. El borofeno resulta ser más fuerte que el grafeno y más flexible. Es un buen conductor de electricidad y calor, y también superconduce. Estas propiedades varían dependiendo de la orientación del material y de 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. Esto 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 Li, Na y Mg debido a sus altas capacidades teóricas específicas, su excelente conductividad electrónica y sus 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. 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 de catalizar la descomposición del hidrógeno molecular en iones de hidrógeno, y del agua en iones de hidrógeno y oxígeno. "Se han encontrado rendimientos catalíticos sobresalientes del borofeno en la reacción de evolución de hidrógeno, reacción de reducción de oxígeno, reacción de evolución de oxígeno y reacción de electrorreducción de CO2", dice el equipo. Esto podría dar paso a una nueva era de ciclos energéticos basados en el agua.
En definitiva, todas estas propiedades hacen del borofeno un material maravilloso que podría continuar la revolución de la industria, la medicina y las ciencias.
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