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在石墨烯中发现新颖的物理学,石墨烯之外的二维(2D)材料在材料研究中获得了前所未有的兴趣。虽然石墨烯二维材料已被报道是丰富多样的,但只有少数是单元素,如phosphorene,silicene,germanene和stanene。更令人惊讶的是这些元素2D材料中没有一个像石墨烯那样具有结构平面性,这是由于它们不同程度的面外屈曲。原因是所有这些元素在改变其键合性质方面的能力非常有限,不同于能够可变地形成sp3,sp2和sp键的碳。这个事实让研究人员在思考是否有一个元素可以与碳结合变化,从而形成一个纯粹的平面二维材料。作为周期表中碳的Z - 1(“左”)邻位,就电子性质和在例如超硬材料和生物化合物中的潜在应用而言,硼与碳相似。然而,由于硼的复杂化学性质,硼仍然是最神秘的元素之一,尽管硼的研究历史悠久,而且很少的元素比这个轻原子更简单。
Zhang等人综述了理论和实验上合成单原子层硼烯材料的重要进展。和石墨烯一样,如何将硼烯应用到实际生活中,还需要在材料转移和批量控制合成上下苦功夫。
尽管是第五个元素,硼在结构组织方面比周期表中的邻居提供更多的困惑。它表现出多个体相,其纳米结构更加多样化,从平面和笼状团簇,一维纳米管和纳米线到二维片材和纳米薄膜。特别是2D硼作为潜在的新材料和作为其他维度的硼纳米结构的概念前体是特别有意义的。此外,2D硼的金属特性使其与石墨烯,h-BN和过渡金属二硫属元素化物(dichalcogenides)相辅相成,这些元素在未来的器件中将作为最终的构建元件。然而,borophenes表现出内在的多态性,并且不如所有本体相稳定,对它们的合成提出挑战。在这里,我们回顾了当前在提出原子结构,预测物理性质和探索二维硼的潜在应用以及实验发现方面的理论进展,并综合了这个长期以来寻求的材料的进一步发展。我们特别关注阐明理论在二维硼形成过程中的先驱作用:从理解结构和结合,到提供合成的实用途径,准确地确定2D硼在几个技术上重要的基底上应该具有的原子结构。得益于理论上的建议,最近的实验已经成功地实现了硼的分子束外延方法,不仅证实了它们的结构多态性和金属性,而且还揭示了与之前理论相同的基板上的相同的原子模型。人们已经可以争辩说,这些从理论概念发展到搜索和实现的发展,提供了一个展示材料基因组计划(MGI)的例子,它的使命是以更快的速度发现和部署先进材料。