Désolé, le graphène - le borophène est le nouveau matériau miracle qui passionne tout le monde

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Il n'y a pas si longtemps, le graphène était le nouveau matériau miracle. Une feuille de fil de poulet en carbone super résistante et épaisse, elle peut former des tubes, des boules et d'autres formes curieuses. Et parce qu'il conduit l'électricité, les scientifiques des matériaux ont évoqué la perspective d'une nouvelle ère de traitement informatique à base de graphène et d'une industrie lucrative des puces au graphène. L'Union européenne a investi 1 milliard d'euros pour lancer une industrie du graphène.

Ce nouveau monde courageux à base de graphène ne s'est pas encore concrétisé. Mais cela a suscité un intérêt pour d'autres matériaux bidimensionnels. Et le plus excitant de tous est le borophène : une seule couche d'atomes de bore qui forment diverses structures cristallines.

La raison de cet enthousiasme est l'extraordinaire gamme d'applications pour lesquelles le borophène semble bon. Les électrochimistes pensent que le borophène pourrait devenir le matériau d'anode d'une nouvelle génération de batteries lithium-ion plus puissantes. Les chimistes sont fascinés par ses capacités catalytiques. Et les physiciens testent ses capacités en tant que capteur pour détecter de nombreux types d'atomes et de molécules.

Aujourd'hui, Zhi-Qiang Wang de l'Université de Xiamen en Chine et un certain nombre de collègues passent en revue les propriétés remarquables du borophène et les applications auxquelles elles pourraient conduire.

Borophène a une courte histoire. Les physiciens ont d'abord prédit son existence dans les années 1990 en utilisant des simulations informatiques pour montrer comment les atomes de bore pouvaient former une monocouche.

Mais cette substance exotique n'a été synthétisée qu'en 2015, par dépôt chimique en phase vapeur. Il s'agit d'un processus dans lequel un gaz chaud d'atomes de bore se condense sur une surface froide d'argent pur.

L'arrangement régulier des atomes d'argent force les atomes de bore dans un schéma similaire, chacun se liant à jusqu'à six autres atomes pour créer une structure hexagonale plate. Cependant, une proportion importante d'atomes de bore ne se lie qu'à quatre ou cinq autres atomes, ce qui crée des lacunes dans la structure. Le modèle de postes vacants est ce qui donne aux cristaux de borophène leurs propriétés uniques.

Depuis la synthèse du borophène, les chimistes se sont empressés de caractériser ses propriétés. Le borophène s'avère plus résistant que le graphène, et plus flexible. C'est un bon conducteur d'électricité et de chaleur, et il est également supraconducteur. Ces propriétés varient en fonction de l'orientation du matériau et de la disposition des lacunes. Cela le rend accordable, du moins en principe. C'est l'une des raisons pour lesquelles les chimistes sont si excités.

Le borophène est également léger et assez réactif. Cela en fait un bon candidat pour le stockage des ions métalliques dans les batteries. Le borophène est un matériau d'anode prometteur pour les batteries à ions Li, Na et Mg en raison de capacités spécifiques théoriques élevées, d'une excellente conductivité électronique et de propriétés de transport d'ions exceptionnelles, déclarent Wang et co.

Les atomes d'hydrogène adhèrent également facilement à la structure monocouche du borophène, et cette propriété d'adsorption, combinée à l'énorme surface des couches atomiques, fait du borophène un matériau prometteur pour le stockage de l'hydrogène. Des études théoriques suggèrent que le borophène pourrait stocker plus de 15% de son poids en hydrogène, surpassant considérablement les autres matériaux.

Ensuite, il y a la capacité du borophène à catalyser la décomposition de l'hydrogène moléculaire en ions hydrogène et de l'eau en ions hydrogène et oxygène. Des performances catalytiques exceptionnelles du borophène ont été trouvées dans la réaction de dégagement d'hydrogène, la réaction de réduction de l'oxygène, la réaction de dégagement d'oxygène et la réaction d'électroréduction du CO2, selon l'équipe. Cela pourrait inaugurer une nouvelle ère de cycles énergétiques basés sur l'eau.

Néanmoins, les chimistes ont du travail à faire avant que le borophène puisse être plus largement utilisé. Pour commencer, ils doivent encore trouver un moyen de fabriquer du borophène en grande quantité. Et la réactivité du matériau le rend vulnérable à l'oxydation, il doit donc être soigneusement protégé. Ces deux facteurs rendent le borophène coûteux à fabriquer et difficile à manipuler. Il y a donc du travail à faire.

Mais les chimistes ont une grande foi. Le borophène pourrait bien devenir le prochain matériau miracle à entrer dans le monde.

Réf : arxiv.org/abs/1903.11304 : Bilan du borophène et de ses applications potentielles

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