Il Borofene

My thesis intends to investigate the study of borophene (graphene-like structure), a crystalline allotrope of monolayer boron, with a combination of triangular lattice and hexagonal holes, has sparked extensive interest in two-dimensional materials and their potential applications. While their properties have been theoretically verified, there is still a need for experimental exploration and validation. This thesis presents the progress made in borophene research, starting by describing a decade-long effort towards understanding the size-dependent structures of boron clusters, present how theory plays a role in extrapolating boron clusters into 2D form, from a freestanding state to that on substrates, as well as in exploring practical routes for their synthesis (bottom-up and top-down approach) that recently culminated in experimental realization. In addition, this thesis describes the unique properties (chemical, electrochemical, mechanical, electronic and thermal), including its advantages for various applications (energy storage and gas sensors) with theoretical predictions. The uniqueness of borophene over graphene is also highlighted. The strategy for its theoretical simulations, leading to the experimental synthesis, could also be helpful for the exploration of many newer 2D materials.

La mia tesi intende indagare lo studio del borofene (struttura simile al grafene), un allotropo cristallino di boro monostrato, caratterizzato da una combinazione di reticolo triangolare e fori esagonali, che ha suscitato un vasto interesse nei materiali bidimensionali e nelle loro potenziali applicazioni. Sebbene le loro proprietà siano state teoricamente verificate, è ancora necessaria un'indagine e una validazione sperimentale. Questa tesi presenta i progressi compiuti nella ricerca sul borofene, iniziando descrivendo uno sforzo decennale verso la comprensione delle strutture, nonché nell'esplorazione di percorsi pratici per la loro sintesi (approccio bottom-up e top-down) che recentemente hanno portato alla realizzazione sperimentale. Inoltre, questa tesi descrive le proprietà uniche (chimiche, elettrochimiche, meccaniche, elettroniche e termiche) e le varie potenziali applicazioni (accumulo di energia e sensori di gas). Viene inoltre evidenziata l'unicità del borofene rispetto al grafene. La strategia per le sue simulazioni teoriche, che hanno portano alla sintesi sperimentale, potrebbe essere utile anche per l'esplorazione di molti nuovi materiali 2D.