一酸化ホウ素の構造が83年間の探索の末に偶然発見された

エイムズ国立研究所

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彼らはそれを探していませんでした。 彼らはちょうど新しい 2D マテリアルを発見しようとしていたのです。

エイムズ国立研究所の科学者チームが、一酸化ホウ素の構造を思いがけず決定したのはその時だった。 この化合物は 1940 年代に初めて発見されましたが、科学者たちは 83 年間その構造を決定できませんでした。

これは火曜日に発表された同団体のプレスリリースによると。

「私たちは当初、この特定の物質を研究することを真剣に考えていませんでした」とエイムズ研究所の科学者で研究チームのメンバーであるフレデリック・ペラス氏は語った。

「私たちは実際、炭素を含まない共有結合性有機フレームワークを作ろうとしていました。」

「しかし、多くの合成試験を行った結果、結晶性の高い共有結合性有機骨格材料を得ることができませんでした」と、エイムズ研究所のもう一人の科学者でチームのメンバーであるウェンユー・ファン氏は述べた。

ペラス氏とファン氏のグループは、代替エネルギー用途としてこれらの材料を研究していました。

新しい NMR 手法と以前は利用できなかった分析ツールを使用して、彼らはついに一酸化ホウ素の構造を突き止めました。

科学者たちは 1940 年代からこの謎を解明しようと試みてきました。

「私たちは核磁気共鳴分光法に関する専門知識と、40 年代、50 年代、60 年代の人々が利用できなかった新しい手法の開発のおかげで、このほぼ 1 世紀にわたる謎を解明できるかもしれないと考えました。 」とペラス氏は語った。

研究者らが発見したのは、一酸化ホウ素は、脱水反応を通じて結合し、構成要素のように機能する前駆体分子を使用して作られているということだ。

「そこで私たちは、これらの構成要素の相互の向きを研究できる NMR 手法をいくつか開発しました。 基本的に、隣接する前駆体分子が互いに平行に組織化されていることがわかり、これは以前に提案されたモデルの 1 つと一致しました」とペラス氏は述べた。

「粉末X線回折など、他の多くの技術も適用しました。これにより、これらのナノシートがいわゆる乱層構造に組織化されていることを示しました」とペラス氏は述べた。

これらの積み重ねられたナノシートは、机の上に投げられた紙の束のようなものです。着地時には、完全には整列していませんが、積み重ねられたままになります。

現在、ペラス氏は、この新しい構造を理解することで、他の有用なホウ素ベースの 2D 材料の合成につながる可能性があると期待しています。

「私が本当に興奮しているのは、これが古い問題であるという事実です。 それはとても基本的な素材です。 化学式を書くとBOになります。 したがって、その観点からすると、私たちがその構造を最終的に解決したのは興味深いことです」とペラス氏は声明で述べた。

この研究はJournal of the American Chemical Societyに掲載された。

抽象的な：

テトラヒドロキシ二ホウ素の熱縮合によって製造される一酸化ホウ素 (BO) は、1955 年に初めて報告されました。 しかし、その構造は特定できませんでした。 最近、ボロフェンや六方晶窒化ホウ素などのホウ素ベースの二次元材料が注目されているため、BO に対する関心が新たに高まっています。 多数の安定な BO 構造が計算によって同定されていますが、実験によって裏付けられたものはありません。 コンセンサスは、この材料がボロキシンベースの二次元材料を形成する可能性が高いということです。 ここでは、高度な 11B NMR 実験を適用して、BO の B(B)O2 中心の相対的な配向を決定します。 この物質は、より大きな B4O2 リングを形成するために組織化される D2h 対称の O2B-BO2 単位で構成されていることがわかりました。 さらに、粉末回折実験により、これらのユニットが組織化されてランダムな積層パターンを有する二次元層を形成することがさらに明らかになった。 この観察は、B4O2 ベースの構造が最も安定であることを示した以前の密度汎関数理論 (DFT) 研究と一致しています。