Estrutura do monóxido de boro encontrada de surpresa após 83 anos de pesquisa

Laboratório Nacional Ames

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Eles não estavam procurando por isso. Eles estavam apenas tentando descobrir novos materiais 2D.

Foi quando uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Ames determinou de surpresa a estrutura do monóxido de boro. Este composto foi descoberto pela primeira vez na década de 1940, mas os cientistas não conseguiram determinar a sua estrutura durante 83 anos.

Isto é de acordo com um comunicado de imprensa da organização publicado na terça-feira.

“Inicialmente, não estávamos pensando em estudar este material específico”, disse Frédéric Perras, cientista do Ames Lab e membro da equipe de pesquisa.

“Na verdade, estávamos tentando criar uma estrutura orgânica covalente livre de carbono.”

“No entanto, depois de muitos testes de síntese, não conseguimos obter um material de estrutura orgânica covalente altamente cristalino”, disse Wenyu Huang, outro cientista do Ames Lab e membro da equipe.

Os grupos de Perras e Huang estavam investigando esses materiais para aplicações em energias alternativas.

Usando novos métodos de RMN e ferramentas analíticas anteriormente indisponíveis, eles finalmente encontraram a estrutura do monóxido de boro.

Os cientistas vinham tentando resolver esse mistério desde a década de 1940.

“Devido à nossa experiência em espectroscopia de ressonância magnética nuclear e ao desenvolvimento de novos métodos aos quais as pessoas nas décadas de 40, 50 e 60 não tinham acesso, pensamos que poderíamos ser capazes de resolver este mistério de quase um século de idade. ”, disse Perras.

O que os investigadores descobriram é que o monóxido de boro é produzido a partir de moléculas precursoras que se unem através de reações de desidratação e agem como blocos de construção.

“Portanto, desenvolvemos alguns métodos de RMN que nos permitem estudar a orientação desses blocos de construção em relação uns aos outros. Basicamente, descobrimos que moléculas precursoras adjacentes estavam se organizando paralelamente entre si, o que correspondia a um dos modelos propostos anteriormente”, disse Perras.

“Também aplicamos muitas outras técnicas, incluindo difração de raios X em pó, que mostraram que essas nanofolhas se organizaram no que é chamado de arranjo turboestrático”, disse Perras.

Essas nanofolhas empilhadas são como uma pilha de papel jogada sobre uma mesa: ao pousar, elas não estão perfeitamente alinhadas, mas permanecem empilhadas.

Agora, Perras espera que a compreensão desta nova estrutura possa levar à síntese de outros materiais 2D úteis à base de boro.

“O que realmente me entusiasma é apenas o fato de que este é um problema antigo. É um material tão básico; quando você escreve a fórmula química, é BO. Então, é interessante desse ponto de vista que finalmente resolvemos sua estrutura”, disse Perras no comunicado.

O estudo foi publicado no Journal of the American Chemical Society.

Abstrato:

O monóxido de boro (BO), preparado pela condensação térmica do tetra-hidroxidiboro, foi relatado pela primeira vez em 1955; no entanto, sua estrutura não pôde ser determinada. Com a recente atenção aos materiais bidimensionais à base de boro, como o borofeno e o nitreto de boro hexagonal, há um interesse renovado no BO. Um grande número de estruturas BO estáveis ​​​​foram identificadas computacionalmente, mas nenhuma é apoiada por experimentos. O consenso é que o material provavelmente forma um material bidimensional à base de boroxina. Aqui, aplicamos experimentos avançados de RMN 11B para determinar as orientações relativas dos centros B(B)O2 em BO. Descobrimos que o material é composto por unidades O2B – BO2 simétricas D2h que se organizam para formar anéis B4O2 maiores. Além disso, experimentos de difração de pó revelam adicionalmente que essas unidades se organizam para formar camadas bidimensionais com um padrão de empilhamento aleatório. Esta observação está de acordo com estudos anteriores da teoria do funcional da densidade (DFT) que mostraram que as estruturas baseadas em B4O2 são as mais estáveis.