共有結合官能基化による窒化ホウ素ナノディスクへの窒化ホウ素の剥離・切断を改善するための2段階のアプローチ

A Two-step Approach for Improved Exfoliation and Cutting of Boron Nitride into Boron Nitride Nanodisks with Covalent Functionalizations.

• Wei Zhang
• Md Mahbubur Rahman
• Faiz Ahmed
• Nasrin Siraj Lopa
• Chuangye Ge
• Taewook Ryu
• Sujin Yoon
• Lei Jin
• Hohyoun Jang
• Whangi Kim

抄録

窒化ホウ素ナノディスク（BNND）の合成は、小型化、ディスク層数の削減、低光バンドギャップ（Eg）化を実現し、エレクトロニクスや光電子デバイスへの実用化に不可欠です。これまでのところ、Egを低減したヒドロキシル(-OH)やヒドロペルオキシル(-OOH)を機能化した窒化ホウ素ナノシート(BNNSs)やBNNDsの大規模な作製は課題となっています。本研究では、修正ハマー法とフェントンの化学を組み合わせることで、原始六方晶窒化ホウ素（h-BN）の端面と基底面でのBNNDsのヒドロキシル（-OH）およびヒドロペルオキシル（-OOH）官能化のスケーラブルなソリューションプロセス合成が可能であることを実証しました。改変ハマー法では、低パーセンテージの-OH官能化(6.90%)で窒化ホウ素をBNNDに剥離・切断し、さらに改良された-OHと-OH官能化(約17.25%)でフェントン試薬で剥離・切断した。これらの2つの方法の組み合わせは、OH/OH-BNNDsのサイズを削減することができます。同時に、OH/OH-BNNDsのEgを約5.10eVから約3.58eVに減少させ、OH/OH-BNNDsの半導体エレクトロニクスへの応用の可能性を可能にした。また、OH/OOH-BNNDsは-OHと-OOHの官能化率が高いことから、各種溶媒への分散が可能であり、長期安定性に優れていることが確認された。

Synthesis of boron nitride nanodisks (BNNDs) with reducing the size and a fewer number of disk layers, and low optical band gap (Eg) is essential for practical applications in electronics and optoelectronic devices. So far, the large-scale preparation of hydroxyl (-OH) and hydroperoxyl (-OOH) functionalized boron nitride nanosheets (BNNSs) and BNNDs with reduced Eg is still a challenge. This research demonstrates the scalable and solution process synthesis of hydroxyl (-OH) and hydroperoxyl (-OOH) functionalization of BNNDs at the edges and basal planes from pristine hexagonal boron nitride (h-BN) by the combination of modified Hummer's method and Fenton's chemistry. Modified Hummer's method induces to exfoliate and cutting the h-BN into BNNDs with a low percentage of -OH functionalization (6.90%), which is further exfoliating and cutting by Fenton's reagent with improved -OH and -OOH functionalization (ca. 17.25%). The combination of these two methods allowing to reduce the size of the OH/OOH-BNNDs to ca. 200 nm with the number of disk layers in the range from ca. 6-11. Concurrently, the Eg of h-BN was decreased from ca. 5.10 eV to ca. 3.58 eV for OH/OOH- BNNDs, which enables the possibility of the application of OH/OOH-BNNDs in semiconductor electronics. The high percentage of -OH and -OOH functionalization's in the OH/OOH- BNNDs enabling to disperse in various solvents with high long-term stability.

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