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Energía

Borofeno, el nuevo material prodigioso que podría destronar al grafeno

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Sintetizado por primera vez en 2015, este material basado en el boro es más fuerte y más flexible que su antecesor, además de ligero y muy reactivo. A pesar de que es difícil de crear y manejar, químicos, físicos y otros científicos ya están entusiasmados con sus posibles aplicaciones

  • por Emerging Technology From The Arxiv | traducido por Ana Milutinovic
  • 10 Abril, 2019

Hasta hace poco, el grafeno era visto como un material prodigioso. Una lámina súper fuerte de átomos en forma de "rejilla", capaz de formar tubos, bolas y otras formas curiosas. Y como conduce electricidad, los científicos de materiales plantearon la posibilidad de una nueva era de procesamiento informático basado en el grafeno así como una nueva y lucrativa industria de chips de grafeno. Bajo esta fiebre, la Unión Europea invirtió 1.000 millones de euros para impulsar la industria basada en este material.

Pero los años pasan y la nueva era del grafeno sigue sin materializarse, lo que ha aumentado el interés por otros materiales bidimensionales. De todos ellos, el más impresionante es el borofeno: una única capa de átomos de boro capaz de formar varias estructuras cristalinas.

Lo que sorprende de este material es la extraordinaria gama de aplicaciones para las que parece adecuado. 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 habilidades como sensor para detectar numerosos tipos de átomos y moléculas.

Ahora, el investigador de la Universidad de Xiamen (China) Zhi-Qiang Wang y varios colegas han revisado las propiedades más destacadas del borofeno y dónde se podrían aplicar.

La historia de este material es muy corta. Los físicos predijeron su existencia en la década de 1990 mediante simulaciones de ordenador que mostraban cómo los átomos de boro podían formar una monocapa. Pero esta exótica sustancia no se sintetizó hasta 2015 gracias a la deposición química de vapor. Se trata de 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 a adoptar un patrón similar, cada uno de los cuales se une a otros seis átomos para crear una estructura hexagonal plana. Pero, una proporción significativa de átomos de boro se une solo con otros cuatro o cinco átomos dejando huecos en la estructura. El patrón de esos huecos es lo que da a los cristales de borofeno sus propiedades únicas.

Desde la síntesis del borofeno, los químicos han defendido sus propiedades con entusiasmo. El borofeno resulta más fuerte que el grafeno y más flexible. Es un buen conductor tanto de electricidad como de calor, y también funciona como superconductor. Estas propiedades varían según la orientación del material y la disposición de los huecos, lo que lo convierte en un compuesto  "sintonizable", al menos en principio. Esa es una de las razones por las que los químicos están tan ilusionados.

El borofeno también es ligero y bastante reactivo, posicionándolo como buen candidato para almacenar iones metálicos en baterías. "El borofeno es un prometedor material de ánodo para las baterías de iones de litio, sodio y magnesio debido a sus altas capacidades teóricas específicas, su excelente conductividad electrónica y sus excelentes propiedades de transporte de iones", afirman Wang y sus compañeros.

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

Además se destaca la capacidad del borofeno para catalizar la descomposición del hidrógeno molecular en iones de hidrógeno, y del agua en iones de hidrógeno y oxígeno. "Se han encontrado excelentes resultados catalíticos del borofeno en la reacción de evolución de hidrógeno, en la reacción de reducción de oxígeno, en la reacción de evolución de oxígeno y en la reacción de electrorreducción de CO2", explica el equipo. Eso podría marcar el comienzo de una nueva era de ciclos de energía basados ​​en el agua.

No obstante, los químicos tienen mucho trabajo por hacer antes de que el borofeno se masifique. Para empezar, todavía tienen que encontrar una forma de producir borofeno en grandes cantidades. Y la reactividad del material significa que es vulnerable a la oxidación, por lo que debe ser protegido cuidadosamente. Ambos factores hacen que el borofeno resulte caro de fabricar y difícil de manejar. Así que queda mucho trabajo por delante. Pero los químicos tienen mucha fe. El borofeno puede convertirse en el próximo material maravilloso que llega a este mundo.

Ref: arxiv.org/abs/1903.11304: Review of borophene and its potential applications

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