Mais forte e mais flexível que o grafeno, uma camada única de boro poderia revolucionar sensores, baterias e química catalítica. Não faz muito tempo, o grafeno era o novo grande material maravilhoso. Uma folha super forte de carbono, “fio de galinha”, pode formar tubos, bolas e outras formas curiosas. E como conduz eletricidade, os cientistas de materiais levantaram a perspectiva de uma nova era de processamento de computador baseado em grafeno e uma lucrativa indústria de chips de grafeno. A União Européia investiu € 1 bilhão para iniciar uma indústria de grafeno.
Este admirável novo mundo baseado em grafeno ainda não se materializou. Mas isso desencadeou um interesse em outros materiais bidimensionais. E o mais excitante de todos é o borofeno: uma única camada de átomos de boro que formam várias estruturas cristalinas.
A razão para a empolgação é a extraordinária gama de aplicações que o borofeno parece bom. Os eletroquímicos acreditam que o borofeno pode se tornar o material do ânodo em uma nova geração de baterias de íons de lítio mais potentes. Químicos são fascinados por suas capacidades catalíticas. E os físicos estão testando suas habilidades como um sensor para detectar vários tipos de átomos e moléculas.
Hoje, Zhi-Qiang Wang, da Universidade de Xiamen, na China, e vários colegas analisam as propriedades notáveis do borofeno e as aplicações às quais eles podem levar.
O borofeno tem uma história curta. Os físicos inicialmente previram sua existência na década de 1990 usando simulações de computador para mostrar como os átomos de boro poderiam formar uma monocamada. Mas essa substância exótica não foi sintetizada até 2015, usando deposição química de vapor. Este é um processo no qual um gás quente de átomos de boro se condensa em uma superfície fria de prata pura.
O arranjo regular dos átomos de prata obriga os átomos de boro a um padrão similar, cada um ligando-se a até seis outros átomos para criar uma estrutura hexagonal plana. No entanto, uma proporção significativa de átomos de boro liga-se apenas a quatro ou cinco outros átomos, o que cria vagas na estrutura. O padrão de vagas é o que dá aos cristais de borofeno suas propriedades únicas.
Desde a síntese do borofeno, os químicos vêm caracterizando avidamente suas propriedades. O borofeno é mais forte que o grafeno e mais flexível. É um bom condutor de eletricidade e calor, e também superconduta. Essas propriedades variam dependendo da orientação do material e da disposição das vagas. Isso faz com que seja "sintonizável", pelo menos em princípio. Essa é uma das razões pelas quais os químicos estão tão animados.
O borofeno também é leve e bastante reativo. Isso faz dele um bom candidato para armazenar íons de metal em baterias. "O borofeno é um promissor material anódico para baterias de íons Li, Na e Mg, devido às suas altas capacidades específicas teóricas, excelente condutividade eletrônica e excelentes propriedades de transporte de íons", afirma Wang e colaboradores.
Os átomos de hidrogênio também aderem facilmente à estrutura de camada única do borofeno, e essa propriedade de adsorção, combinada com a enorme área superficial das camadas atômicas, torna o borofeno um material promissor para o armazenamento de hidrogênio. Estudos teóricos sugerem que o borofeno pode armazenar mais de 15% de seu peso em hidrogênio, superando significativamente outros materiais.
Depois, há a capacidade do borofeno de catalisar a quebra do hidrogênio molecular em íons de hidrogênio, e a água em íons de hidrogênio e oxigênio. "Excelentes performances catalíticas de borofeno foram encontradas na reação de evolução de hidrogênio, reação de redução de oxigênio, reação de evolução de oxigênio e reação de eletrorredução de CO2", disse a equipe. Isso poderia inaugurar uma nova era de ciclos de energia baseados em água.
No entanto, os químicos têm algum trabalho a fazer antes que o borofeno possa ser mais amplamente utilizado. Para começar, eles ainda precisam encontrar uma maneira de produzir o borofeno em grandes quantidades. E a reatividade do material significa que ele é vulnerável à oxidação, por isso precisa ser cuidadosamente protegido. Ambos os fatores tornam o borofeno caro e difícil de manusear. Então, há trabalho pela frente.
Mas os químicos têm muita fé. O borofeno pode se tornar o próximo material maravilhoso para entrar no mundo.
