SavedAdd your journal

Journals / Uluslararası Doğu Anadolu Fen Mühendislik ve Tasarım Dergisi / 2023 / Cilt: 5 Sayı: 1 - TEMMUZ 2023 SAYISI

Production Methods and Energy Applications of Borophene

Borofen Üretim Teknikleri ve Enerji Uygulamaları

Halil EKİCİ
Pages
126–142
Publication Date
2023-07-15
DOI
—
🏛️Bibliographic metadata and full text access for this article are provided via DergiPark.
DergiPark Record ↗
✨

AI Summary & Key Takeaways

AI Insight
⚡ TL;DR(Too Long; Didn't Read)

It was found that many of these studies still focus on expensive and sophisticated production methods such as Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Chemical Vapor Deposition (CVD).

📌 3 Key Takeaways

🎯
Objective & Hypothesis:Two dimensional materials have unique physical, chemical and electrical properties.
📊
Key Findings & Data:It was first synthesized in 2015 and experimental studies on this new exciting 2D material is few in number.
💡
Conclusion & Impact:It was found that many of these studies still focus on expensive and sophisticated production methods such as Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Chemical Vapor Deposition (CVD).
🔬Design:Review & Systematic Survey
📍Scope:2015 Verileri
⚙️Variables:Borofen · 2B malzemeler · Enerji depolama.

Abstract

Two dimensional materials have unique physical, chemical and electrical properties. Many theoretical studies on borophene revealed important possible properties, such as metallicity, transparency, conductivity and chemical activity; due to vacancies present in its structure. It was first synthesized in 2015 and experimental studies on this new exciting 2D material is few in number. It was found that many of these studies still focus on expensive and sophisticated production methods such as Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Chemical Vapor Deposition (CVD). Although graphene, first of these 2D materials, is being studied more than two decades, it could not do the expected impact on energy industry due to lack of production methods in industrial scale. In this review, it was intended to build a narrative on the experimental production methods and resulting structures of borophene rather than theoretical background. It was found that liquid phase exfoliation method to synthesize borophene sheets might be the most promising method to upscale borophene production. Theoretical, computational and experimental studies suggested that β12 and χ3 borophene structures were stable and could be produced by sonochemical exfoliation method. In addition, possible uses in energy applications and some future prospects were also discussed. Borophene produced this way, might be used in batteries, supercapacitors hydrogen evolution (HER) and oxygen evolution (OER) reactions.

Özet

İki boyutlu malzemeler benzersiz fiziksel, kimyasal ve elektriksel özelliklere sahiptir. Borofen üzerine yapılan birçok teorik çalışma, yapısında bulunan boşluklar nedeniyle metaliklik, şeffaflık, iletkenlik ve kimyasal aktivite gibi önemli olası özellikleri ortaya çıkarmıştır. İlk olarak 2015 yılında sentezlenen bu yeni ve heyecan verici 2B malzeme üzerine yapılan deneysel çalışmaların sayısı oldukça azdır. Halihazırdaki çalışmaların çoğunun hala Moleküler Işın Epitaksi (MBE) ve Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) gibi pahalı ve sofistike üretim yöntemlerine odaklandığı görülmüştür. 2 boyutlu malzemelerden ilki olan grafen, yirmi yılı aşkın süredir üzerinde çalışılmasına rağmen, endüstriyel ölçekte üretim yöntemlerinin eksikliği nedeniyle enerji endüstrisinde beklenen etkiyi yapamamıştır. Bu derlemede, teorik arka plandan ziyade borofenin deneysel üretim yöntemleri ve ortaya çıkan yapıları üzerine bir anlatı oluşturulması amaçlanmıştır. Borofen tabakalarını sentezlemek için sıvı faz eksfoliyasyon yönteminin borofen üretimini endüstriyel ölçekte gerçekleştirmek için en umut verici yöntem olabileceği bulunmuştur. Teorik, hesaplamalı ve deneysel çalışmalar, β12 ve χ3 borofen yapılarının kararlı olduğunu ve sonokimyasal eksfoliyasyon yöntemiyle üretilebileceğini göstermiştir. Ayrıca, enerji uygulamalarındaki olası kullanımları ve gelecekteki bazı beklentiler de tartışılmıştır. Bu şekilde üretilen borofen, bataryalarda, süperkapasitörlerde hidrojen evrimi (HER) ve oksijen evrimi (OER) reaksiyonlarında kullanılabileceği öngörülmüştür.

🔖

Cite This Article

EKİCİ, H. (2023). Production Methods and Energy Applications of Borophene. Uluslararası Doğu Anadolu Fen Mühendislik ve Tasarım Dergisi, Cilt: 5 Sayı: 1 - TEMMUZ 2023 SAYISI, 126–142. https://ajindex.com/articles/952977

📄 Full Text PDF Viewer

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

References (11)

  1. Albert, B., & Hillebrecht, H. (2009). Boron: Elementary Challenge for Experimenters and Theoreticians. Angewandte Chemie International Edition, 48(46), 8640–8668. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/anie.200903246
  2. Bhowmik, S., & Govind Rajan, A. (2022). Chemical vapor deposition of 2D materials: A review of modeling, simulation, and machine learning studies. IScience, 25(3), 103832. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.103832
  3. Chen, Y., Yu, G., Chen, W., Liu, Y., Li, G.-D., Zhu, P., Tao, Q., Li, Q., Liu, J., Shen, X., Li, H., Huang, X., Wang, D., Asefa, T., & Zou, X. (2017).
  4. Highly Active, Nonprecious Electrocatalyst Comprising Borophene Subunits for the Hydrogen Evolution Reaction. Journal of the American Chemical Society, 139(36), 12370–12373. https://doi.org/10.1021/jacs.7b06337
  5. Choi, W., Choudhary, N., Han, G. H., Park, J., Akinwande, D., & Lee, Y. H. (2017). Recent development of two-dimensional transition metal dichalcogenides and their applications. Materials Today, 20(3), 116–130. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.mattod.2016.10.002
  6. Coleman, J. N. (2013). Liquid Exfoliation of Defect-Free Graphene. Accounts of Chemical Research, 46(1), 14–22. https://doi.org/10.1021/ar300009f
  7. Feng, B., Zhang, J., Zhong, Q., Li, W., Li, S., Li, H., Cheng, P., Meng, S., Chen, L., & Wu, K. (2016). Experimental realization of two-dimensional boron sheets. https://doi.org/10.1038/NCHEM.2491
  8. Gao, M., Li, Q.-Z., Yan, X.-W., & Wang, J. (2017). Prediction of phonon-mediated superconductivity in borophene. Physical Review B, 95(2), 24505. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.024505
  9. Göktuna, S., & Taşaltın, N. (2021). Preparation and characterization of PANI: α borophene electrode for supercapacitors. Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, 134, 114833. Gupta, A., Sakthivel, T., & Seal, S. (2015). Recent development in 2D materials beyond graphene. Progress in Materials Science, 73, 44–126. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.02.002
  10. Gupta, V., & Miura, N. (2006). Polyaniline/single-wall carbon nanotube (PANI/SWCNT) composites for high performance supercapacitors. Electrochimica Acta, 52(4), 1721–1726. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.electacta.2006.01.074
  11. Jiang, H. R., Lu, Z., Wu, M. C., Ciucci, F., & Zhao, T. S. (2016). Borophene: A promising anode material offering high specific capacity and high rate capability for lithium-ion batteries. Nano Energy, 23, 97–104. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.na