白色石墨烯：驅動綠能與高速科技的單原子奇蹟

科學家在理解白色石墨烯在金屬基板上的生長方面取得重大突破。此一發現有望帶來更高效的電子產品、更潔淨的能源解決方案，以及環境友善的化學製造方式。

薩裡大學的研究人員在理解二維材料六方氮化硼（hBN）如何在金屬基板上生長並形成奈米結構方面取得突破。此發現同樣可能促成更高效的電子產品、更環保的能源方案，以及對環境有益的化學製程。

hBN又稱為白色石墨烯，是一種極薄的材料，僅有單一原子厚。它十分耐用，能承受極端溫度，抵抗化學損害，並阻隔電流。這些特性使hBN成為先進電子領域的重要材料，它能保護敏感的微晶片，並助力開發更快、更高效的電晶體。

研究人員還展示了奈米多孔hBN的製備，這是一種具有微小、有結構孔隙的新型材料。此獨特結構使其具備選擇性吸附和先進催化能力，大大提升了其在環境應用方面的潛力。包括偵測和過濾汙染物、改善氫儲存，以及在先進能源系統中作為燃料電池的電化學催化劑。

該研究的主要作者、薩裡大學化學與化學工程學院副教授馬可・薩基博士表示：「我們的研究揭示了支配這種非凡材料及其奈米結構形成的原子尺度過程。透過理解這些機制，我們能以前所未有的精度設計材料，為一系列革命性技術最佳化其特性。」

該團隊與奧地利格拉茨科技大學（TU Graz）合作，由馬可・薩基博士帶領，安東尼・佩恩博士和紐比・澤維爾博士負責理論工作。他們結合密度泛函理論和微動力學模型，繪製出hBN從硼嗪前驅物的生長過程，研究了諸如擴散、分解、吸附和解吸、聚合及脫氫等關鍵分子過程。此方法使他們得以建立一個原子尺度模型，能在任何溫度下生長該材料。

理論模擬的見解與格拉茨研究小組的實驗觀察結果高度吻合，為以特定設計和功能可控、高品質地生產hBN奠定了基礎。

格拉茨科技大學該專案首席研究員安東・坦特奧格爾博士表示：「先前的研究既未考慮所有這些中間產物，也未涉及如此大的引數空間（溫度和粒子密度）。我們相信，這將有助於指導hBN在其他金屬基板上的化學氣相沉積生長，以及奈米多孔或功能化結構的合成。」

參考文獻：《解析六方和奈米多孔氮化硼的外延生長機制：第一性原理微動力學模型》，作者安東尼・J・R・佩恩、紐比・F・澤維爾 Jr、安東・坦特奧格爾和馬可・薩基，2025年1月5日發表於《Small》。DOI：10.1002/smll.202405404

此研究已發表於《Small》，研究得到英國高效能運算材料化學聯盟和奧地利科學基金的支援。