Struktur von Bormonoxid nach 83 Jahren Suche überraschend entdeckt

Ames National Laboratory

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Sie haben nicht danach gesucht. Sie versuchten lediglich, neue 2D-Materialien zu entdecken.

Zu diesem Zeitpunkt bestimmte ein Team von Wissenschaftlern des Ames National Laboratory überraschend die Struktur von Bormonoxid. Diese Verbindung wurde erstmals in den 1940er Jahren entdeckt, aber Wissenschaftler konnten ihre Struktur 83 Jahre lang nicht bestimmen.

Dies geht aus einer am Dienstag veröffentlichten Pressemitteilung der Organisation hervor.

„Anfangs haben wir uns nicht wirklich mit der Untersuchung dieses speziellen Materials beschäftigt“, sagte Frédéric Perras, ein Wissenschaftler vom Ames Lab und Mitglied des Forschungsteams.

„Wir haben tatsächlich versucht, ein kohlenstofffreies kovalentes organisches Gerüst herzustellen.“

„Nach vielen Syntheseversuchen konnten wir jedoch kein hochkristallines kovalentes organisches Gerüstmaterial erhalten“, sagte Wenyu Huang, ein weiterer Wissenschaftler vom Ames Lab und Mitglied des Teams.

Die Gruppen von Perras und Huang untersuchten diese Materialien für alternative Energieanwendungen.

Mithilfe neuer NMR-Methoden und bisher nicht verfügbarer Analysewerkzeuge stießen sie schließlich auf die Struktur von Bormonoxid.

Seit den 1940er Jahren versuchten Wissenschaftler, dieses Rätsel zu lösen.

„Aufgrund unserer Expertise in der Kernspinresonanzspektroskopie und der Entwicklung neuer Methoden, zu denen die Menschen in den 40er, 50er und 60er Jahren keinen Zugang hatten, dachten wir, dass wir dieses fast Jahrhunderte alte Rätsel möglicherweise lösen könnten “, sagte Perras.

Die Forscher fanden heraus, dass Bormonoxid aus Vorläufermolekülen hergestellt wird, die durch Dehydratisierungsreaktionen zusammenkleben und wie Bausteine ​​wirken.

„Deshalb haben wir einige NMR-Methoden entwickelt, mit denen wir die Ausrichtung dieser Bausteine ​​relativ zueinander untersuchen können. Im Wesentlichen stellten wir fest, dass benachbarte Vorläufermoleküle parallel zueinander organisiert wurden, was einem der zuvor vorgeschlagenen Modelle entsprach“, sagte Perras.

„Wir haben auch viele andere Techniken angewendet, darunter Pulver-Röntgenbeugung, die zeigten, dass sich diese Nanoblätter in einer sogenannten turbostratischen Anordnung organisierten“, sagte Perras.

Diese gestapelten Nanoblätter sind wie ein Stapel Papier, der auf einen Schreibtisch geworfen wird: Bei ihrer Landung sind sie nicht perfekt ausgerichtet, bleiben aber in einem Stapel.

Nun hofft Perras, dass das Verständnis dieser neuen Struktur zur Synthese weiterer nützlicher borbasierter 2D-Materialien führen könnte.

„Was mich wirklich begeistert, ist die Tatsache, dass es sich um ein altes Problem handelt. Es ist so ein Grundmaterial; Wenn Sie die chemische Formel aufschreiben, ist es BO. Unter diesem Gesichtspunkt ist es interessant, dass wir endlich seine Struktur gelöst haben“, sagte Perras in der Erklärung.

Die Studie wurde im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.

Abstrakt:

Bormonoxid (BO), hergestellt durch thermische Kondensation von Tetrahydroxydibor, wurde erstmals 1955 beschrieben; seine Struktur konnte jedoch nicht bestimmt werden. Angesichts der jüngsten Aufmerksamkeit für zweidimensionale Materialien auf Borbasis wie Borophen und hexagonales Bornitrid besteht erneutes Interesse an BO. Eine große Anzahl stabiler BO-Strukturen wurde rechnerisch identifiziert, aber keine wird durch Experimente gestützt. Der Konsens besteht darin, dass das Material wahrscheinlich ein zweidimensionales Material auf Boroxinbasis bildet. Hier wenden wir fortgeschrittene 11B-NMR-Experimente an, um die relativen Orientierungen von B(B)O2-Zentren in BO zu bestimmen. Wir stellen fest, dass das Material aus D2h-symmetrischen O2B-BO2-Einheiten besteht, die sich zu größeren B4O2-Ringen organisieren. Darüber hinaus zeigen Pulverbeugungsexperimente, dass sich diese Einheiten zu zweidimensionalen Schichten mit einem zufälligen Stapelmuster organisieren. Diese Beobachtung steht im Einklang mit früheren Studien zur Dichtefunktionaltheorie (DFT), die zeigten, dass B4O2-basierte Strukturen am stabilsten sind.