2004年，英國曼徹斯特大學的研究小組用機械剝離的方法制備了原子級別厚度的石墨烯。自此之後，其他二維材料如六方氮化硼、過渡金屬二硫化物、黑磷等都先後在實驗上被製備出來。因此，一個意思的問題是任何晶體材料都能被加工成二維形態嗎？對於本身是層狀結構晶體，我們可以肯定地說是，因為石墨烯的成功製備提供了一個正規化。那麼對於本身不存在層狀結構的晶體呢？硼在元素週期表中與碳元素相鄰，但缺電子特性使其擁有十多種結構複雜的晶態，並且沒有一種晶態是層狀結構。因此，硼可以作為一個標杆材料來研究非層狀材料的二維形態製備。最近硼烯在實驗上的成功製備給出了另一個正規化：即非層狀晶體材料也可以製備成二維形態。本文歷史性地回顧了硼烯從概念提出、到理論探究及最終的實驗合成等一系列波瀾壯闊的研究歷程。

近日，湖南大學謝聲意博士（第一作者）、北京理工大學王業亮教授和吉林大學李賢斌教授聯合在 Advanced Materials上發表了一篇名為“Flat Boron: A New Cousin of Graphene”的綜述文章。在這篇綜述中，作者歷史性地回顧了硼烯的研究歷程。本文首先介紹了硼烯概念的來源以及實驗上平面硼團簇的研究進展；其次，介紹了二維硼片相關的理論研究；然後，作者重點了介紹硼烯的實驗進展，包括化學氣相沉積、金屬襯底上的分子束外延以及超聲輔助的液相剝離方法來製備硼烯及少層硼片；最後總結和展望了硼烯在基礎科學及未來高階技術中的應用。

圖1. 近二十年來在硼烯領域的研究論文及標誌性的研究突破。

圖2. 光電子能譜實驗聯合第一性原理計算確認的平硼/準平硼團簇。

圖3 穩定硼烯結構的理論探索方案。

圖4化學氣相沉積方法在銅襯底上生長γ-B28硼片的實驗表徵。

圖 5 美國阿崗國家實驗室用分子束外延技術在銀（111）襯底上生長硼烯的實驗表徵。

圖 6. 中國科學院物理研究所用分子束外延技術在銀（111）襯底上生長硼烯的實驗表徵。

圖7. 耶魯大學研究小組在銅（111）襯底上生長硼烯的實驗表徵。

圖8. 超聲輔助液相剝離方法制備少層硼片的實驗表徵。

圖9. ARPES表徵銀襯底上硼烯能帶結構。

圖 10. 硼烯/有機晶體的橫向異質結原型器件

小結

本文歷史性地回顧了硼烯從概念的提出、理論上的探究直至最終的實驗合成的研究歷程。硼烯的實驗合成，不僅僅是二維材料家族中增加了一個具有奇異性質和廣泛應用前景的成員，它更確立了不具備層狀結構的晶體制備成二維材料的經典範式。它的成功，使我們可以相信，任何結構複雜的晶體材料，經過理論和實驗的不懈努力，都有可能製成二維材料。

文獻資訊：

doi：10.1002/adma.201900392