Estructura del monóxido de boro encontrada por sorpresa tras 83 años de búsqueda

Laboratorio Nacional Ames

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No lo estaban buscando. Solo intentaban descubrir nuevos materiales 2D.

Fue entonces cuando un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Ames determinó por sorpresa la estructura del monóxido de boro. Este compuesto se descubrió por primera vez en la década de 1940, pero los científicos no pudieron determinar su estructura durante 83 años.

Así se desprende de un comunicado de prensa de la organización publicado el martes.

"Al principio no estábamos pensando en estudiar este material en particular", dijo Frédéric Perras, científico del Ames Lab y miembro del equipo de investigación.

"En realidad, estábamos tratando de crear una estructura orgánica covalente libre de carbono".

"Sin embargo, después de muchas pruebas de síntesis, no pudimos obtener un material estructural orgánico covalente altamente cristalino", dijo Wenyu Huang, otro científico del Ames Lab y miembro del equipo.

Los grupos de Perras y Huang estaban investigando estos materiales para aplicaciones de energía alternativa.

Utilizando nuevos métodos de RMN y herramientas analíticas que antes no estaban disponibles, finalmente tropezaron con la estructura del monóxido de boro.

Los científicos llevaban intentando resolver este misterio desde los años 1940.

"Debido a nuestra experiencia en espectroscopia de resonancia magnética nuclear y al desarrollo de nuevos métodos a los que las personas de entre 40, 50 y 60 años no tenían acceso, pensamos que podríamos descifrar este misterio de casi un siglo de antigüedad. ”, dijo Perras.

Lo que encontraron los investigadores es que el monóxido de boro se produce utilizando moléculas precursoras que se unen mediante reacciones de deshidratación y actúan como bloques de construcción.

“Así que desarrollamos algunos métodos de RMN que nos permiten estudiar la orientación de estos bloques de construcción entre sí. Básicamente, descubrimos que las moléculas precursoras adyacentes se organizaban en paralelo entre sí, lo que coincidía con uno de los modelos propuestos anteriormente”, dijo Perras.

"También aplicamos muchas otras técnicas, incluida la difracción de rayos X en polvo, que demostró que estas nanohojas se organizaban en lo que se llama una disposición turboestrática", dijo Perras.

Estas nanohojas apiladas son como una pila de papeles arrojados sobre un escritorio: al aterrizar, no están perfectamente alineadas, pero permanecen apiladas.

Ahora, Perras espera que comprender esta nueva estructura pueda conducir a la síntesis de otros materiales 2D útiles a base de boro.

“Lo que realmente me entusiasma es el hecho de que se trata de un problema antiguo. Es un material tan básico; cuando escribes la fórmula química, es BO. Entonces, desde ese punto de vista es interesante que finalmente hayamos resuelto su estructura”, dijo Perras en el comunicado.

El estudio fue publicado en la Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

Abstracto:

El monóxido de boro (BO), preparado por condensación térmica de tetrahidroxidiboro, se informó por primera vez en 1955; sin embargo, no se pudo determinar su estructura. Con la reciente atención a los materiales bidimensionales a base de boro, como el borofeno y el nitruro de boro hexagonal, existe un interés renovado en el BO. Se ha identificado computacionalmente una gran cantidad de estructuras BO estables, pero ninguna está respaldada por experimentos. El consenso es que el material probablemente forma un material bidimensional a base de boroxina. En este documento, aplicamos experimentos avanzados de RMN 11B para determinar las orientaciones relativas de los centros B (B) O2 en BO. Encontramos que el material está compuesto por unidades O2B-BO2 simétricas D2h que se organizan para formar anillos de B4O2 más grandes. Además, los experimentos de difracción de polvo revelan que estas unidades se organizan para formar capas bidimensionales con un patrón de apilamiento aleatorio. Esta observación está de acuerdo con estudios anteriores de la teoría funcional de la densidad (DFT) que mostraron que las estructuras basadas en B4O2 son las más estables.