二维材料生长解码：白石墨烯研究开启清洁能源与高效电子学新大门

英国萨里大学的最新研究成果发表于《Small》杂志，该研究在解读二维材料六方氮化硼（hBN，常被称为 “白石墨烯”）及其在金属基底上的纳米结构生长过程方面取得了重大突破，有望为更高效的电子学、清洁能源解决方案以及更环保的化学生产铺平道路。

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仅一个原子厚度的 hBN 是一种超薄且极具弹性的材料，它能够阻隔电流、耐受极端温度并抵御化学侵蚀。因其独特的多功能性，在先进电子学领域中，它成为了保护精密微芯片以及推动更快、更高效晶体管研发的关键组成部分。

研究人员更进一步，成功制备出纳米多孔 hBN。这种新型材料具有独特的孔隙结构，可实现选择性吸附、高效催化和增强功能，极大地拓展了其在环境领域的潜在应用，包括污染物传感与过滤，以及对先进能源系统（如氢气存储和燃料电池的电化学催化剂）的性能提升。

该研究的主要作者、萨里大学化学与化学工程学院副教授 Marco Sacchi 博士表示：“我们的研究揭示了决定这种非凡材料及其纳米结构形成的原子尺度过程。通过理解这些机制，我们能够以前所未有的精度设计材料，针对一系列革命性技术优化其性能。”

在与奥地利格拉茨工业大学（TU Graz）的合作中，由 Marco Sacchi 博士领导的团队（理论工作由 Anthony Payne 博士和 Neubi Xavier 博士完成）结合密度泛函理论和微观动力学建模，绘制了从硼嗪前体到 hBN 的生长过程图谱，详细研究了扩散、分解、吸附、脱附、聚合和脱氢等关键分子过程。

通过这种方法，他们成功构建了一个原子尺度模型，能够在任意温度下实现材料的生长。理论模拟的结果与格拉茨研究小组的实验观察高度吻合，为实现具有特定设计和功能的 hBN 的可控、高质量生产奠定了基础。

格拉茨工业大学该项目的首席研究员 Anton Tamtögl 博士指出：“以往的研究既没有考虑到所有这些中间产物，也没有涵盖如此广泛的参数空间（温度和粒子密度）。我们相信，这一研究成果将对指导 hBN 在其他金属基底上的化学气相沉积生长，以及纳米多孔或功能化结构的合成具有重要意义。”

更多信息可参考：Anthony J. R. Payne 等人，《解开六方和纳米多孔氮化硼的外延生长机制：第一性原理微观动力学模型》，《Small》（2025 年）。DOI: 10.1002/smll.202405404 。《Small》杂志提供了该研究的相关信息。

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