石墨烯是已知的最薄的纳米材料，在超导、能源等领域有非常多的应用。石墨烯之后，科学家希望找到更多的性能优异的二维材料，因为元素硼离碳较近，而且电子结构比较合适，大家把目光聚集在了硼上，希望能够合成硼烯，然而这种材料在自然界中并不存在，合成难度也非常大。

科学家对硼烯的理论结构预测已逾10年之久，但从未成功合成。即便有个别的薄膜等样品，其结构也是异常复杂。因此，硼烯的制备成为国际凝聚态物理及材料物理界公认的世界难题。2015年12月，美国阿贡国家实验室、中国南开大学、美国纽约州立大学石溪分校和美国西北大学等研究单位合作，利用高真空原子溅射的方法，首次在银的表面成功生长出褶皱的单原子层硼烯。联合团队获得的实验结果与理论模型几乎完全符合¹。由于合成的二维材料多是在基底上生长，在基底上才能稳定存在，所以多层和体相的硼烯仍然没有在实验上合成。

美国西北大学的Mark C. Hersam 和莱斯大学Boris I. Yakobson课题组合作，在Nature Materials上发表重磅成果，首次创造出一种双层原子厚度的硼烯，打破了硼在单原子层限制之外形成非平面团簇的自然趋势。

在超高真空制备室(2×10⁻¹⁰ Torr)中，使用纯硼棒的电子束蒸发在单晶Ag(111)基片上进行了单层和双层硼烯的生长。在1.5×10⁻⁵ Torr下以1 keV能量重复Ar离子溅射30 min，然后在650°C下退火30min，制备了Ag(111)晶体。在这样的高温退火保证了平坦的Ag(111)阶梯的形成，具有典型的宽度（超过1微米）。因此，硼烯的大部分成核位置都在阶梯上，而不是沿着台阶边缘。这一情景有利于单层硼烯晶界的形成，双层α硼烯在晶界中形成核并生长。当硼烯覆盖层接近单分子层时，由于Ehrlich-Schwoebel势垒导致的三维硼粒子在Ag台阶边缘的成核也被大片Ag(111)阶梯最小化。

在450°C以下的较低温度下，只生长混合相(v_1/5和v_1/6硼烯)和纯v_1/6硼烯，有利于双层α硼烯的生长。而在较高温度下，未观察到纯v_1/5或旋转不相称的硼烯相生成双层α硼烯。通过键分辨扫描隧道显微镜、非接触式原子力显微镜和密度泛函理论计算得知，双层硼烯与两个共价键合的α相硼烯原子层相一致。双层α硼烯保持了单层硼烯的金属丰度，但有较高的结晶度和局域功函数（>5 eV）。

鉴于对定制合成2D硼的物理特性（例如局部功函数）的浓厚兴趣，以及之前在单层硼烯和块状二十面体硼之间的中间区域中没有硼多晶型物，这项工作将为未来理解和开发多层硼烯提供有用信息。

参考来源：

1. 百度百科：

https://baike.baidu.com/item/%E7%A1%BC%E7%83%AF/19222550

2. 原文链接：

Liu, X., Li, Q., Ruan, Q. et al. Borophene synthesis beyond the single-atomic-layer limit. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01084-2