JP6656563B2 - Boron atomic layer sheet and laminated sheet and method for producing the same - Google Patents

Boron atomic layer sheet and laminated sheet and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、ホウ素原子層シートおよび積層シートとその製造方法に関する。   The present invention relates to a boron atomic layer sheet and a laminated sheet and a method for producing the same.

1次元のナノチューブやナノワイヤ、2次元の層状物質やナノシート、3次元の多孔物質やデンドリマー等の構造を精密に制御したナノ構造体は、空間と形状を利用することで多彩な機能と物性が発現する。   Nanostructures that precisely control the structure of one-dimensional nanotubes and nanowires, two-dimensional layered materials and nanosheets, three-dimensional porous materials, dendrimers, etc., exhibit various functions and physical properties by utilizing space and shape I do.

これらのうち炭素の原子層物質であるグラフェンは、機械強度、熱伝導性、電気伝導性等の物性に優れ、スコッチテープにグラファイトを貼り付けて剥がすことで得られることが2004年に発見されてから、その応用研究が進み、例えば、グラフェン類縁体は、グラフェンの修飾や構成元素の変更の観点から検討されてきた。   Among them, graphene, which is an atomic layer material of carbon, was discovered in 2004 to have excellent physical properties such as mechanical strength, thermal conductivity, and electrical conductivity, and was obtained by attaching graphite to Scotch tape and peeling it off. Therefore, applied research has been advanced, and, for example, graphene analogs have been studied from the viewpoint of modifying graphene and changing constituent elements.

構成元素の変更の観点では、窒化ホウ素(BN)、シリセン(Si)、ゲルマネン(Ge)、ボロフェン(B)等が知られている。ボロフェンは、ホウ素単層ナノシートであり、Wangらは、気相真空系により36原子からなるB36クラスターの合成を行ない、光電子スペクトルと理論計算によるシミュレーションの比較から構造を同定することで、ボロフェン類似クラスターの合成を報告した(非特許文献1)。その後、単位構造ではなく2次元に広がるシートとしてのボロフェンは、Guisingerら(非特許文献2)、Wuら(非特許文献3)によtって、超高真空下でのAg(111)面上へのホウ素の真空蒸着による合成が報告されている。このボロフェンは、大気下では存在し得ない物質である。一方ボロファンは、末端を水素で保護したホウ素単層ナノシートで、ディラック粒子の速度や機械強度がグラフェンを超えると見込まれ、理論計算では大気中で存在可能と予測されていたが、最近になってその合成が報告された(非特許文献4)。 From the viewpoint of changing constituent elements, boron nitride (BN), silicene (Si), germanene (Ge), borophene (B), and the like are known. Borophene are boron monolayer nanosheets, Wang et al., Performs the synthesis of B 36 clusters of 36 atoms by gas-phase vacuum system, by identifying the structure from a comparison of simulation by photoelectron spectra and theoretical calculations, borophene similar Cluster synthesis was reported (Non-Patent Document 1). After that, borophene as a sheet that spreads not two-dimensionally but as a two-dimensional structure has been proposed by Guissinger et al. (Non-patent document 2) and Wu et al. (Non-patent document 3) to obtain an Ag (111) surface under ultra-high vacuum. Synthesis by vacuum deposition of boron on has been reported. This borophene is a substance that cannot exist in the atmosphere. On the other hand, borophane is a boron monolayer nanosheet protected with hydrogen at the end, and the speed and mechanical strength of Dirac particles are expected to exceed that of graphene, and theoretical calculations predicted that it could exist in the atmosphere, but recently, Its synthesis was reported (Non-Patent Document 4).

Nat Commun 2014, 5, 3113.Nat Commun 2014, 5, 3113. Science 350, 1513-1516 (2015).Science 350, 1513-1516 (2015). Nat. Chem., 8, 563-568 (2016).Nat. Chem., 8, 563-568 (2016). https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/09/press20170926-02.htmlhttps://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/09/press20170926-02.html

以上の背景において、これまでにない新規なホウ素原子層シートおよび積層シートが得られた知見に基づき、以下の発明を提供する。
[1]骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である原子層シート。
[2]更にアルカリ金属イオンを含み、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である[1]の原子層シート。
[3]MBH(Mはアルカリ金属イオンを示す。)の酸化生成物である[1]または[2]の原子層シート。
[4]骨格組成がBである[1]〜[3]のいずれかの原子層シート。
[5]前記骨格がホウ素−ホウ素結合を有する3回対称性を有する[4]の原子層シート。
[6]前記骨格部位である構成要素Xと、それ以外の構成要素Yとを含む[4]または[5]の原子層シート。
[7]前記構成要素Yが、末端部位および/または欠損部位である[6]の原子層シート。
[8]前記構成要素Yが、B−OHを含むホウ素酸化物部位である[6]または[7]の原子層シート。
[9]X線光電子分光測定において、190.5〜193.0eVと、192.5〜194.0eVに各々B−1s準位に由来するピークを有する[6]〜[8]のいずれかの原子層シート。
[10]前記X線光電子分光測定において、190.5〜193.0eVのピークが前記構成要素Xに対応している[9]の原子層シート。
[11]IR測定において、B−O伸縮に由来する2種類のピークを1300〜1500cm−1付近に有し、かつBO−H伸縮に由来するピークを3100cm−1付近に有する[6]〜[10]のいずれかの原子層シート。
[12]前記IR測定において、B−O伸縮に由来する2種類のピークのうち低波数側のピークが前記構成要素Xに対応している[11]の原子層シート。
[13] [1]〜[12]のいずれかの複数の原子層シートと、前記原子層シート間の金属イオンとを含む積層シート。
[14]前記金属イオンがアルカリ金属イオンである[13]の積層シート。
[15]アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である[14]の積層シート。
[16] [13]〜[15]のいずれかの積層シートを含む結晶。
[17]有機溶媒を含む溶媒中に、不活性ガス雰囲気下でMBH(Mはアルカリ金属イオンを示す。)を添加し溶液を調製する工程と、前記溶液を、酸素を含む雰囲気に曝す工程とを含む、ホウ素と酸素を含む原子層シートおよび/または積層シートの製造方法。
[18]前記原子層シートが、骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である原子層シートであり、前記積層シートが、複数の前記原子層シートと、前記原子層シート間の金属イオンとを含む[17]の方法。
[19]前記金属イオンがアルカリ金属イオンであり、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である[18]の方法。
[20] [13]〜[15]のいずれかの積層シートと、クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種とを、有機溶媒を含む溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。
[21] [13]〜[15]のいずれかの積層シートを、非プロトン性高極性溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。
[22]前記剥離物は、単層の原子層シートを含む、[20]または[21]の方法。
With the above background, the following inventions are provided based on the knowledge that novel boron atom layer sheets and laminated sheets have been obtained.
[1] An atomic layer sheet having a skeleton element of boron and oxygen and having a molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron) of less than 1.5, which is networked by a non-equilibrium bond having a boron-boron bond.
[2] The atomic layer sheet according to [1], further comprising an alkali metal ion, wherein the molar ratio of the alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1.
[3] The atomic layer sheet of [1] or [2], which is an oxidation product of MBH 4 (M represents an alkali metal ion).
[4] any atom layer sheet backbone composition is B 5 O 3 [1] ~ [3].
[5] The atomic layer sheet according to [4], wherein the skeleton has a three-fold symmetry having a boron-boron bond.
[6] The atomic layer sheet according to [4] or [5], comprising the constituent element X as the skeleton part and the other constituent element Y.
[7] The atomic layer sheet according to [6], wherein the component Y is a terminal site and / or a defective site.
[8] The atomic layer sheet according to [6] or [7], wherein the component Y is a boron oxide site containing B-OH.
[9] In the X-ray photoelectron spectroscopy, any one of [6] to [8] having peaks derived from the B-1s level at 190.5 to 193.0 eV and 192.5 to 194.0 eV, respectively. Atomic layer sheet.
[10] The atomic layer sheet according to [9], wherein a peak at 190.5 to 193.0 eV corresponds to the component X in the X-ray photoelectron spectroscopy measurement.
[11] In the IR measurement, having two peaks derived from BO stretch around 1300~1500Cm -1, and a peak derived from BO-H stretching in the vicinity of 3100 cm -1 [6] ~ [ 10] The atomic layer sheet according to any one of [1] to [10].
[12] The atomic layer sheet according to [11], wherein, in the IR measurement, a peak on a low wave number side of the two types of peaks derived from BO stretching corresponds to the component X.
[13] A laminated sheet including a plurality of atomic layer sheets according to any one of [1] to [12] and metal ions between the atomic layer sheets.
[14] The laminated sheet according to [13], wherein the metal ion is an alkali metal ion.
[15] The laminated sheet according to [14], wherein the molar ratio of alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1.
[16] A crystal including the laminated sheet according to any one of [13] to [15].
[17] a step of adding MBH 4 (M represents an alkali metal ion) to a solvent containing an organic solvent under an inert gas atmosphere to prepare a solution, and exposing the solution to an atmosphere containing oxygen A method for producing an atomic layer sheet and / or a laminated sheet containing boron and oxygen, comprising:
[18] The atomic layer sheet has boron and oxygen as skeletal elements and is networked by a non-equilibrium bond having a boron-boron bond, and has a molar ratio of oxygen and boron (oxygen / boron) of less than 1.5. The method according to [17], wherein the laminated sheet includes a plurality of the atomic layer sheets and metal ions between the atomic layer sheets.
[19] The method according to [18], wherein the metal ion is an alkali metal ion, and the molar ratio of the alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1.
[20] A step of adding the laminated sheet of any one of [13] to [15] and at least one selected from crown ethers and cryptands to a solvent containing an organic solvent, and peeling off the laminated sheet. And a method for producing a peeled product of a laminated sheet.
[21] A method for producing a peeled product of a laminated sheet, comprising a step of adding the laminated sheet according to any one of [13] to [15] to an aprotic highly polar solvent and peeling the laminated sheet.
[22] The method according to [20] or [21], wherein the exfoliated material includes a single-layer atomic layer sheet.

本発明のホウ素原子層シートおよび積層シートは、以下に開示する構造的特徴から、各種産業への応用が期待できる。ホウ素の原子層物質のボトムアップ合成や大気圧中での液相合成、また大気中で安定であることは、従来技術と対比して特徴的な知見であり、このホウ素層状単結晶は物理的および化学的溶解法により単層化することができる。物理的な力を結晶に加えることで、基板上に単層に相当する厚さのシート物質を得ることができる。また、この層状単結晶は非プロトン性の一般的な有機溶媒には溶けないが、層間の金属イオンを捕捉するクリプタンドやクラウンエーテルの添加によって溶解する。金属イオンが溶け出した状態では、ホウ素シートも単層として溶液中に分散していると推測される。   The boron atomic layer sheet and the laminated sheet of the present invention can be expected to be applied to various industries from the structural features disclosed below. Bottom-up synthesis of atomic layer material of boron, liquid phase synthesis under atmospheric pressure, and stability in air are characteristic findings in comparison with the conventional technology, and this boron layered single crystal is physically And a single layer can be formed by a chemical dissolution method. By applying a physical force to the crystal, a sheet material having a thickness corresponding to a single layer can be obtained on the substrate. Further, this layered single crystal is insoluble in an aprotic general organic solvent, but is dissolved by the addition of a cryptand or a crown ether for capturing metal ions between layers. In a state where the metal ions have dissolved, it is assumed that the boron sheet is also dispersed in the solution as a single layer.

実施例において合成した針状結晶の写真である。It is a photograph of the acicular crystal synthesized in the example. X線構造解析によるホウ素層状結晶の構造を示した図であり、(a)は層状断面、(b)と(c)は平面の結晶構造を示す。It is the figure which showed the structure of the boron layered crystal by X-ray structure analysis, (a) shows a layered cross section, (b) and (c) show a plane crystal structure. X線構造解析によるホウ素層状結晶の構造を示した図であり、(a)はホウ素原子層の単位格子の推定構造、(b)は末端・欠損部位の単位格子の推定構造、(c)はB−B結合とB−O結合の距離を示している。It is the figure which showed the structure of the boron layered crystal by X-ray structure analysis, (a) The estimated structure of the unit cell of a boron atom layer, (b) The estimated structure of the unit cell of a terminal / deletion part, (c) The distance between the BB bond and the BO bond is shown. ホウ素層状結晶(上)とB(OH)(下)のIRスペクトルである。It is an IR spectrum of boron layered crystal (top) and B (OH) 3 (bottom). (a)ホウ素層状結晶と(b)BおよびKBHのXPSスペクトルである。(A) is an XPS spectrum of the boron layered crystal and (b) B 2 O 3, and KBH 4. (a)はX線単結晶構造解析における面指数分析、(b)はキャピラリー中のホウ素層状結晶のXRDパターンを示す。(A) shows the surface index analysis in the X-ray single crystal structure analysis, and (b) shows the XRD pattern of the boron layered crystal in the capillary. ホウ素層状結晶、B(OH)およびBの(a)紫外−可視吸収スペクトル、(b)近赤外吸収スペクトルである。Boron layered crystal, B (OH) 3 and B 2 O 3 (a) ultraviolet - visible absorption spectrum, a near infrared absorption spectrum (b). (a)はホウ素層状結晶のSEM像、(b)はホウ素層状結晶から機械的圧力によって剥離したナノシートのSEM像である。(A) is an SEM image of a boron layered crystal, and (b) is an SEM image of a nanosheet separated from the boron layered crystal by mechanical pressure. ホウ素層状結晶から剥離したナノシートのAFM像である。It is an AFM image of the nanosheet peeled from the boron layered crystal. ホウ素層状結晶から剥離したナノシートのAFM像と高さプロファイルである。It is an AFM image and a height profile of the nanosheet peeled from the boron layered crystal. ホウ素層状結晶をクラウンエーテルにより溶解しHOPG基板にキャストしたナノシートのAFM像である。It is an AFM image of a nanosheet obtained by dissolving a boron layered crystal with crown ether and casting it on a HOPG substrate. ホウ素層状結晶から剥離したナノシートの(a)STEM像と(b)高分解TEM像である。It is (a) STEM image of the nanosheet peeled from the boron layered crystal and (b) a high-resolution TEM image. ホウ素層状結晶から剥離したナノシートの格子パターンの高分解TEM像である。It is a high-resolution TEM image of the lattice pattern of the nanosheet peeled from the boron layered crystal. (a)は50℃から120℃まで加熱する間におけるホウ素層状結晶の結晶から液晶への相転移過程、(b)は120℃から35℃まで冷却する間におけるホウ素層状結晶の形状変化の偏光顕微鏡像である。(A) is a phase transition process from a crystal of a boron layered crystal to a liquid crystal during heating from 50 ° C. to 120 ° C., and (b) is a polarization microscope showing a shape change of the boron layered crystal during cooling from 120 ° C. to 35 ° C. It is a statue.

以下に、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明において、「原子層シート」は、ホウ素および酸素を主構成原子とする単原子層のシートであり、独立した単層シートの他、積層シート中の部分的な構成要素として存在する単層シート、独立した単層シートに電荷のバランスを保つ金属イオンが結合した金属イオン含有単層シート等も含む。本明細書では、ホウ素原子層シート、ナノシート等とも表記している。「積層シート」は、この原子層シートと、当該原子層シート間の金属イオンとを含む層状物質であり、本明細書では、ホウ素層状結晶等とも表記している。   In the present invention, the “atomic layer sheet” is a monoatomic layer sheet having boron and oxygen as main constituent atoms. In addition to an independent single layer sheet, a single layer existing as a partial component in a laminated sheet It also includes a sheet, a metal ion-containing single-layer sheet in which metal ions for maintaining charge balance are bonded to an independent single-layer sheet, and the like. In this specification, it is also referred to as a boron atomic layer sheet, a nanosheet, or the like. The “laminated sheet” is a layered substance containing this atomic layer sheet and metal ions between the atomic layer sheets, and is also described in this specification as a boron layered crystal or the like.

ボロフェンはホウ素単体からなるシート状物質であるが、ホウ素が作る三角形の格子と、spホウ素からなる六角形の空孔の比率によってその構造と安定性が議論される。三角形格子が存在するのは、一般的にホウ素の単体およびクラスターが、多中心結合による三角格子を単位ユニットとして安定な構造を形成するためであるとされている。本発明において「ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された」とは、ボロフェン等のホウ素含有原子層シートにおける従来の結合様式の議論に沿う形で、二次元の結合態様を表現したものである。
(原子層シート)
本発明の原子層シートは、骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化され、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である。ある態様では、更にアルカリ金属イオンを含み、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である。これらの特定は、原子層シートがMBH(Mはアルカリ金属イオンを示す。)の酸化生成物である場合に基づいて、また従来のホウ酸はホウ素−酸素結合のみで、高分子化(重合)した場合は三次元的になり原子層シ−トにならないことを考慮している。酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)は、1.2以下、1.0以下、0.8以下であってよい。また0.1以上、0.3以上であってよい。アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)は、0.8以下、0.6以下、0.4以下であってよい。また0.01以上、0.05以上、0.1以上であってよい。
Borophen is a sheet-like substance composed of boron alone, and its structure and stability are discussed based on the ratio of a triangular lattice formed by boron and hexagonal vacancies composed of sp 2 boron. The existence of the triangular lattice is generally considered to be due to the fact that a simple substance and a cluster of boron form a stable structure with the triangular lattice formed by multicenter bonding as a unit unit. In the present invention, the expression "networked by non-equilibrium bonds having boron-boron bonds" expresses a two-dimensional bonding mode in accordance with the discussion of the conventional bonding mode in a boron-containing atomic layer sheet such as borophene. Things.
(Atomic layer sheet)
The atomic layer sheet of the present invention has boron and oxygen as skeleton elements, is networked by a non-equilibrium bond having a boron-boron bond, and has a molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron) of less than 1.5. . In one embodiment, the composition further contains an alkali metal ion, and the molar ratio of the alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1. These specifications are based on the case where the atomic layer sheet is an oxidation product of MBH 4 (M represents an alkali metal ion), and the conventional boric acid has only a boron-oxygen bond, and is polymerized (polymerized). ) Is considered three-dimensional and does not become an atomic layer sheet. The molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron) may be 1.2 or less, 1.0 or less, 0.8 or less. Further, it may be 0.1 or more and 0.3 or more. The molar ratio of alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) may be 0.8 or less, 0.6 or less, 0.4 or less. Further, it may be 0.01 or more, 0.05 or more, or 0.1 or more.

以上のような本発明の原子層シートのうち、その一つの例として、骨格組成がBである原子層シートについて説明する。
<組成がBである原子層シート>
上記において、原子層シートの「骨格」とは、組成がBである図2(b)と(c)、図3(a)と(c)に示すような規則的な構造を持つ部位であり、主に末端部位や欠損部位以外のシート部分を占める。
As an example of the atomic layer sheet of the present invention as described above, an atomic layer sheet having a skeleton composition of B 5 O 3 will be described.
<Atomic layer sheet having a composition of B 5 O 3 >
In the above description, the “skeleton” of the atomic layer sheet has a regular structure as shown in FIGS. 2B and 2C and FIGS. 3A and 3C in which the composition is B 5 O 3 . And mainly occupy the sheet portion other than the terminal portion and the defective portion.

この原子層シートは骨格組成がBである。図2(b)と(c)、図3(a)と(c)に示すように、ホウ素と酸素から成る原子層であり、酸素と結合したホウ素同士が歪んだ六角形を作るように結合しながら、二次元状に広がった平面を形成している。 This atomic layer sheet has a skeletal composition of B 5 O 3 . As shown in FIGS. 2 (b) and 2 (c) and FIGS. 3 (a) and 3 (c), it is an atomic layer composed of boron and oxygen, and boron bonded to oxygen is bonded to form a distorted hexagon. While forming a two-dimensionally spread plane.

ホウ素原子は、結晶の単位構造において六角形の頂点を占めるものと、六角形の各辺を占めるものとに分類される。六角形の各辺を占めるものは、交互に辺の内側、外側に位置している。従って骨格は、ホウ素−ホウ素結合の3回対称性を有する。   Boron atoms are classified into those that occupy the vertices of a hexagon in the unit structure of the crystal and those that occupy each side of the hexagon. Those occupying each side of the hexagon are alternately located inside and outside the side. Thus, the skeleton has a three-fold symmetry of boron-boron bonds.

酸素原子は、ホウ素原子による六角形の各辺で、3つのホウ素原子の隣接する2つのホウ素原子による2箇所のうち、1箇所を占有している(図2(b)と(c)、図3(a)と(c)において、便宜のために2箇所共に酸素原子を示しているが、図2(c)に示すようにその占有率は0.5である。)。   Oxygen atoms occupy one of the two locations of the two adjacent boron atoms of the three boron atoms on each side of the hexagon formed by the boron atoms (FIGS. 2 (b) and (c); 3 (a) and (c), oxygen atoms are shown at two locations for convenience, but the occupancy is 0.5 as shown in FIG. 2 (c).)

ホウ素−ホウ素の結合距離は、1.6Åから1.9Åの間にあり、X線構造解析による値は1.784Åである。この結合距離はボロフェンに存在する2種類のホウ素−ホウ素結合の距離の平均値に近い値であり、単結合として報告されている値と酸素架橋として報告されている値の中間の値である。   The boron-boron bond distance is between 1.6 ° and 1.9 °, and the value obtained by X-ray structural analysis is 1.784 °. This bond distance is a value close to the average value of the distance between the two types of boron-boron bonds present in borophene, and is an intermediate value between the value reported as a single bond and the value reported as an oxygen bridge.

ホウ素−酸素の結合距離は、X線構造解析による値は六角形の辺に位置するホウ素で1.339Å、六角形の頂点に位置するホウ素で1.420Åである。   The value of the boron-oxygen bond distance obtained by X-ray structural analysis is 1.339 ° for boron located on the side of the hexagon and 1.420 ° for boron located at the vertex of the hexagon.

この原子層シートは、骨格部位である構成要素Xと、それ以外の構成要素Yとを含む。典型的な態様において、構成要素Yは、末端部位および/または欠損部位である。   This atomic layer sheet includes a component X which is a skeleton portion and other components Y. In a typical embodiment, component Y is a terminal site and / or a deletion site.

典型的な態様において、構成要素Yは、B−OHを含むホウ素酸化物部位である。構成要素Yは、その構造が3価のBやB(OH)に類似する部位であり(図3(b))、骨格部位とはB−Oの結合状態が異なる。この原子層シートを含むホウ素層状結晶の測定による同定によれば、次のとおりである。 In an exemplary embodiment, component Y is a boron oxide moiety that includes B-OH. The component Y is a site whose structure is similar to trivalent B 2 O 3 or B (OH) 3 (FIG. 3B), and the bonding state of BO is different from that of the skeleton. According to the identification by measurement of the boron layered crystal including the atomic layer sheet, it is as follows.

IR測定(赤外吸収スペクトル)において、B−O伸縮に由来する2種類のピークを1300〜1500cm−1付近に有し、かつBO−H伸縮に由来するピークを3100cm−1付近に有する。B−O伸縮に由来する2種類のピークのうち低波数側のピークが構成要素Xに対応している。具体的には、B−O領域のピークのうち、低波数側(1350cm―1付近)のピークが構成要素Xのホウ素シートに対応し、B(OH)で見られるB−O伸縮ピークと位置が類似する高波数側(1420cm―1付近)のピークが構成要素Yに対応する。3100cm―1付近におけるBO−H伸縮由来のピークも構成要素Yに対応する。 In the IR measurement (infrared absorption spectrum), having two peaks derived from BO stretch around 1300~1500Cm -1, and a peak derived from BO-H stretching in the vicinity of 3100 cm -1. The peak on the low wave number side of the two types of peaks derived from BO expansion and contraction corresponds to the component X. Specifically, among the peaks in the BO region, the peak on the low wavenumber side (around 1350 cm −1 ) corresponds to the boron sheet of component X, and the BO stretching peak seen in B (OH) 3 The peak on the high wave number side (around 1420 cm −1 ) having a similar position corresponds to the component Y. The peak derived from BO-H stretching near 3100 cm -1 also corresponds to the component Y.

X線光電子分光測定において、190.5〜193.0eVと、192.5〜194.0eVに各々B−1s準位に由来するピークを有する。190.5〜193.0eVのピークが構成要素Xに対応している。具体的には、構成要素Xに対応するピークはホウ素が3価の状態であるB(193.3eV)と比較すると、やや低エネルギー側であることから、3価までの完全な酸化は進行していない。構成要素Xに対応するピークは2成分に分離可能であり、それぞれ構成要素Xのホウ素シート中の2種類のホウ素、すなわち結晶の単位構造において六角形の頂点を占めるものと、六角形の各辺を占めるものに対応している。最も酸化側の192.5〜194.0eVのピークは、3価のホウ素を持つBと一致し、構成要素Yに対応している。 In X-ray photoelectron spectroscopy, peaks derived from the B-1s level are found at 190.5 to 193.0 eV and 192.5 to 194.0 eV, respectively. The peak at 190.5 to 193.0 eV corresponds to the component X. Specifically, the peak corresponding to the component X is slightly lower in energy than B 2 O 3 (193.3 eV) in which boron is in a trivalent state, and therefore, the complete oxidation up to trivalent is possible. Has not progressed. The peak corresponding to the component X is separable into two components, two types of boron in the boron sheet of the component X, that is, one occupying a hexagonal vertex in the unit structure of the crystal, and each side of the hexagon. It corresponds to what occupies. The most oxidized peak at 192.5 to 194.0 eV is consistent with B 2 O 3 having trivalent boron, and corresponds to component Y.

紫外−可視吸収スペクトルにおいて、250nm以下の紫外領域に吸収を持ち、近赤外吸収スペクトルにおいて、1000〜2500nmの近赤外領域にB−OやBO−Hの振動構造に由来するバンドを含む吸収を持つ。   In the ultraviolet-visible absorption spectrum, absorption having an absorption in the ultraviolet region of 250 nm or less, and absorption in the near infrared absorption spectrum including a band derived from the vibration structure of BO or BO-H in the near infrared region of 1000 to 2500 nm. have.

以上のように、この原子層シートは、骨格部位である構成要素Xは組成がBであり、B−OHを含むホウ素酸化物部位である構成要素Yはその構造が3価のBやB(OH)に類似する。この原子層シートにおいて、これらの構成要素X、Yを含むシート全体における酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)は、1.5未満であり、1.2以下、1.0以下であってよい。また0.6以上であり、0.7以上であってよい。
(積層シート)
本発明の積層シートは、以上に説明したような複数の原子層シートと、当該原子層シート間の金属イオンとを含む。原子層シートは、以上に説明したとおりのものであり、骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化され、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である。また本発明の結晶は、この積層シートを含む。
As described above, in the atomic layer sheet, the component X, which is a skeleton portion, has a composition of B 5 O 3 , and the component Y, which is a boron oxide portion containing B—OH, has a structure of trivalent B Similar to 2 O 3 and B (OH) 3 . In this atomic layer sheet, the molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron) in the entire sheet containing these constituents X and Y is less than 1.5, 1.2 or less, 1.0 or less. Good. It is 0.6 or more, and may be 0.7 or more.
(Laminated sheet)
The laminated sheet of the present invention includes a plurality of atomic layer sheets as described above and metal ions between the atomic layer sheets. The atomic layer sheet is as described above, has boron and oxygen as skeleton elements, is networked by a non-equilibrium bond having a boron-boron bond, and has a molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron). Is less than 1.5. The crystal of the present invention also includes this laminated sheet.

本発明の積層シートにおいて、原子層シート間の金属イオンとしては、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等が挙げられる。アルカリ金属イオンとしては、例えば、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン等が挙げられる。アルカリ土類金属イオンとしては、例えば、ベリリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、ストロンチウムイオン、バリウムイオン等が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属イオン、特にカリウムイオンは好ましい態様である。アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)は、1未満である。   In the laminated sheet of the present invention, examples of the metal ion between the atomic layer sheets include an alkali metal ion and an alkaline earth metal ion. Examples of the alkali metal ion include a lithium ion, a sodium ion, a potassium ion, a rubidium ion, a cesium ion and the like. Examples of the alkaline earth metal ion include beryllium ion, magnesium ion, calcium ion, strontium ion, barium ion and the like. Of these, alkali metal ions, particularly potassium ions, are preferred embodiments. The molar ratio of alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1.

組成がBである原子層シートの場合、図2(a)は積層シートの一例として参照される。この積層シートは、ホウ素と酸素を主原子とする原子層シートと、金属イオンが交互に積層する層状構造をなす。典型的な態様において、金属イオンは、積層面内において、原子層シートの単位構造におけるホウ素原子の六角形の内部に位置する。その結晶は、後述の製造方法では、ロッド状の単結晶として得られる。この針状の単結晶を含む典型的な態様では、結晶の伸長方向と積層方向であるc軸方向が一致し、伸長方向に沿って原子層シートが積層している。この積層シート(および結晶)は、積層シートの層間結合が脆弱で、機械的に圧力をかけることで、c軸方向(伸長方向)と垂直な方向に対し容易にへき開できる。例えば、結晶に対してHOPG基板を上から押し付けることで結晶をへき開し、表面に付着した結晶片のナノシートが積み重なる様子を観測することができる。
(積層シートの剥離物の製造方法)
本発明の積層シート(および結晶)は、この積層シートと、クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種とを、有機溶媒を含む溶媒中に添加し、積層シートを剥離することができる。本発明の積層シートは、ファンデルワールス力で積層するグラファイトなどと異なり、アニオン性のホウ素シートとカチオン性の金属イオンのイオン性相互作用により積層しているため、クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種で層間の金属イオン捕捉することで、金属イオンを有機溶媒中に溶出させ、シート構造を保持したまま積層シートを剥離することができる。
In the case of an atomic layer sheet having a composition of B 5 O 3 , FIG. 2A is referred to as an example of a laminated sheet. This laminated sheet has a layered structure in which an atomic layer sheet having boron and oxygen as main atoms and metal ions are alternately laminated. In a typical embodiment, the metal ion is located inside the hexagon of boron atoms in the unit structure of the atomic layer sheet in the stacking plane. The crystal is obtained as a rod-shaped single crystal by a manufacturing method described later. In a typical mode including the needle-like single crystal, the crystal growth direction and the c-axis direction, which is the lamination direction, coincide with each other, and the atomic layer sheets are stacked along the growth direction. This laminated sheet (and the crystal) has weak interlayer bonding between the laminated sheets, and can be easily cleaved in a direction perpendicular to the c-axis direction (extending direction) by applying mechanical pressure. For example, the crystal can be cleaved by pressing the HOPG substrate against the crystal from above, and a state in which nanosheets of crystal pieces attached to the surface are stacked can be observed.
(Production method of peeled product of laminated sheet)
In the laminated sheet (and the crystal) of the present invention, the laminated sheet and at least one selected from crown ethers and cryptands are added to a solvent containing an organic solvent, and the laminated sheet can be peeled off. The laminated sheet of the present invention, unlike graphite and the like laminated by van der Waals force, is laminated by an ionic interaction between an anionic boron sheet and a cationic metal ion, so that at least one selected from crown ether and cryptand By capturing metal ions between layers with one type, metal ions can be eluted into the organic solvent, and the laminated sheet can be peeled off while maintaining the sheet structure.

剥離物は、単層の原子層シートを含む。例えば、上記方法によって得られた溶液をHOPG基板上に接触させ、溶媒を除去することによって、HOPG表面に付着した結晶片を単層シートもしくはそれに近いナノシートとして観察することができる。   The exfoliated material includes a single-layer atomic layer sheet. For example, by bringing the solution obtained by the above method into contact with the HOPG substrate and removing the solvent, the crystal fragments attached to the HOPG surface can be observed as a single-layer sheet or a nanosheet close thereto.

上記方法において、有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、非プロトン性中極性溶媒(アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム(トリクロロメタン)、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、2−ブタノン、メチルエチルケトン、イソブチルメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、デカン酸メチル、ラウリル酸メチル、アジピン酸ジイソブチル等のエステル類等)を含むことが好ましい。   In the above method, the organic solvent is not particularly limited. For example, an aprotic medium-polar solvent (nitrile such as acetonitrile, propionitrile, etc., halogenation such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform (trichloromethane), carbon tetrachloride, etc.) Hydrocarbons, ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and triethylene glycol dimethyl ether; ketones such as acetone, 2-butanone, methyl ethyl ketone, isobutyl methyl ketone, diisobutyl ketone, and cyclohexanone , Ethyl acetate, butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl decanoate, methyl laurate, diiso adipate Preferably contains esters) chill like.

また、これらの非プロトン性中極性溶媒と共に、それらと相溶する、非プロトン性高極性溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジヘキサメチルリン酸トリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N’−ジメチルプロピレン尿素、1−メチル−2−ピロリジノン等)、非プロトン性低極性溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類等)、プロトン性溶媒(メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1,1−ジメチル−1−エタノール、ヘキサノール、デカノール等のアルコール類、ギ酸、酢酸等のカルボン酸類、ニトロメタン等)を混合した溶媒であってもよい。また、有機溶媒を含む溶媒としては、水を含むものであってもよい。   In addition to these aprotic medium polar solvents, aprotic highly polar solvents (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, sulfolane, dihexamethylphosphoric triamide compatible with them) , 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N'-dimethylpropylene urea, 1-methyl-2-pyrrolidinone, etc., aprotic low polar solvents (benzene, toluene, xylene and other aromatic hydrocarbons) , Pentane, hexane, cyclohexane, octane and other aliphatic hydrocarbons), protic solvents (methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 1,1-dimethyl-1-ethanol, hexanol, decanol, etc.) Alcohols, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, nitromethane, etc.) It may be a solvent. Further, the solvent containing an organic solvent may be a solvent containing water.

上記方法において、クラウンエーテルは、(−CH−CH−O−)で表される大環状のエーテルであり、例えば、12−クラウン−4、15−クラウン−5、18−クラウン−6、ジベンゾ−18−クラウン−6、ジアザ−18−クラウン−6等が挙げられる。クリプタンドは、2つ以上の環からなるかご状の多座配位子であり、例えば、[2.2.2]クリプタンド等が挙げられる。 In the above method, the crown ether is a macrocyclic ether represented by (—CH 2 —CH 2 —O—) n , for example, 12-crown-4, 15-crown-5, 18-crown-6. , Dibenzo-18-crown-6, diaza-18-crown-6 and the like. The cryptand is a cage-shaped polydentate ligand composed of two or more rings, and examples thereof include [2.2.2] cryptand.

クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種の添加量は、特に限定されないが、積層シートに対して過剰となる量が好ましい。   The addition amount of at least one selected from crown ethers and cryptands is not particularly limited, but is preferably an excess amount with respect to the laminated sheet.

本発明の積層シート(および結晶)は、非プロトン性高極性溶媒に溶解することによっても、積層シートを剥離することができる。得られた溶液をHOPG基板上に接触させ、溶媒を除去することによって、HOPG表面に付着した結晶片を単層シートもしくはそれに近いナノシートとして観察することができる。非プロトン性高極性溶媒としては、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジヘキサメチルリン酸トリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N’−ジメチルプロピレン尿素、1−メチル−2−ピロリジノン等が挙げられる。
(原子層シート、積層シートの製造方法)
本発明の原子層シートや積層シートのような、ホウ素と酸素を含む原子層シートおよび/または積層シートは、例えば、有機溶媒を含む溶媒中に、不活性ガス雰囲気下でMBH(Mはアルカリ金属イオンを示す。)を添加し溶液を調製し、この溶液を、酸素を含む雰囲気に曝すことによって製造することができる。酸素を含む雰囲気に曝す工程では、原子層シートや積層シートの結晶を成長させることができる。
The laminated sheet (and the crystal) of the present invention can also peel the laminated sheet by dissolving it in an aprotic high-polarity solvent. By bringing the obtained solution into contact with the HOPG substrate and removing the solvent, the crystal fragments adhering to the HOPG surface can be observed as a single-layer sheet or a nanosheet close thereto. Examples of the aprotic highly polar solvent include N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, dihexamethylphosphoric triamide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N , N'-dimethylpropyleneurea, 1-methyl-2-pyrrolidinone and the like.
(Production method of atomic layer sheet and laminated sheet)
An atomic layer sheet and / or a laminated sheet containing boron and oxygen, such as an atomic layer sheet and a laminated sheet of the present invention, can be prepared, for example, by adding MBH 4 (M is an alkali) in a solvent containing an organic solvent under an inert gas atmosphere. (Indicating metal ions)) to prepare a solution, and exposing the solution to an atmosphere containing oxygen. In the step of exposing to an atmosphere containing oxygen, crystals of an atomic layer sheet or a laminated sheet can be grown.

MBHのアルカリ金属イオンMとしては、例えば、アルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン等が挙げられる。これらの中でも、カリウムイオンは好ましい態様である。 Examples of the alkali metal ion M of MBH 4 include an alkali metal ion and an alkaline earth metal ion. Among these, potassium ion is a preferred embodiment.

MBHの濃度は、特に限定されないが、好ましくは0.5〜10mM、より好ましくは1〜2mMである。 The concentration of the MBH 4 is not particularly limited, preferably 0.5 to 10 mm, more preferably 1-2 mM.

不活性ガスとしては、MBHとの反応性を有しないものであれば特に限定されないが、例えば、アルゴン等の希ガス、窒素等が挙げられる。例えば、グローブボックスのような大気中の酸素を遮断し得る環境下で、MBHとの反応性を有しない不活性ガスに置換して、有機溶媒を含む溶媒中にMBHを添加し溶液を調製する。 The inert gas is not particularly limited as long as it has no reactivity with MBH 4, for example, a rare gas such as argon, nitrogen and the like. For example, in an environment such as a glove box that can block oxygen in the atmosphere, an inert gas having no reactivity with MBH 4 is substituted, MBH 4 is added to a solvent containing an organic solvent, and the solution is added. Prepare.

有機溶媒としては、特に限定されないが、例えば、非プロトン性中極性溶媒(アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム(トリクロロメタン)、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類、アセトン、2−ブタノン、メチルエチルケトン、イソブチルメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、デカン酸メチル、ラウリル酸メチル、アジピン酸ジイソブチル等のエステル類等)を含むことが好ましい。また、これらの非プロトン性中極性溶媒と共に、それらと相溶する、非プロトン性高極性溶媒(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ジヘキサメチルリン酸トリアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N’−ジメチルプロピレン尿素、1−メチル−2−ピロリジノン等)、非プロトン性低極性溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類等)、プロトン性溶媒(メタノール、エタノール、2−プロパノール、1−ブタノール、1,1−ジメチル−1−エタノール、ヘキサノール、デカノール等のアルコール類、ギ酸、酢酸等のカルボン酸類、ニトロメタン等)を混合した溶媒であってもよい。また、有機溶媒を含む溶媒としては、水を含むものであってもよい。   Examples of the organic solvent include, but are not particularly limited to, for example, aprotic neutral polar solvents (nitrile such as acetonitrile and propionitrile, dichloromethane, dichloroethane, chloroform (trichloromethane), and halogenated hydrocarbons such as carbon tetrachloride; Ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, ketones such as acetone, 2-butanone, methyl ethyl ketone, isobutyl methyl ketone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, and ethyl acetate Esters such as butyl acetate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl decanoate, methyl laurate, and diisobutyl adipate It will be preferable to include etc.). In addition to these aprotic medium polar solvents, aprotic highly polar solvents (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, sulfolane, dihexamethylphosphoric triamide compatible with them) , 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, N, N'-dimethylpropylene urea, 1-methyl-2-pyrrolidinone, etc., aprotic low polar solvents (benzene, toluene, xylene and other aromatic hydrocarbons) , Pentane, hexane, cyclohexane, octane and other aliphatic hydrocarbons), protic solvents (methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, 1,1-dimethyl-1-ethanol, hexanol, decanol, etc.) Alcohols, carboxylic acids such as formic acid and acetic acid, nitromethane, etc.) It may be a solvent. Further, the solvent containing an organic solvent may be a solvent containing water.

酸素を含む雰囲気としては、特に限定されないが、大気下に解放することは好ましい態様である。   The atmosphere containing oxygen is not particularly limited, but releasing in the atmosphere is a preferable embodiment.

酸素を含む雰囲気に曝した後、一旦加熱してもよい。加熱温度としては、特に限定されないが、30〜40℃が好ましい。加熱時間は、30分〜2時間が好ましい。   After exposure to an atmosphere containing oxygen, heating may be performed once. The heating temperature is not particularly limited, but is preferably 30 to 40C. The heating time is preferably 30 minutes to 2 hours.

酸素を含む雰囲気に曝した後、当該雰囲気において静置することが好ましい。酸素を含む雰囲気に曝す温度と時間は、特に限定されないが、結晶を十分に成長させる点等から、上記加熱した場合はその後、温度は室温(15〜25℃)が好ましく、時間は3日間〜1ケ月が好ましい。   After exposure to an atmosphere containing oxygen, it is preferable to allow the device to stand still in the atmosphere. The temperature and the time of exposure to the atmosphere containing oxygen are not particularly limited, but from the viewpoint of sufficiently growing the crystal, after heating, the temperature is preferably room temperature (15 to 25 ° C.) and the time is 3 days to 3 days. One month is preferred.

本発明の原子層シートおよび積層シートは、加熱生成物であるサーモトロピック液晶や、その他にも様々な産業への利用が期待できる。   The atomic layer sheet and the laminated sheet of the present invention can be expected to be applied to a thermotropic liquid crystal which is a heating product and various other industries.

以下に、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
1.ホウ素層状単結晶
1−1.結晶の合成
アルゴンガス雰囲気のグローブボックス中において、CHCl:MeCN=1:1の溶媒中に、KBHのMeOH溶液(5.0mg/mL)を添加した。KBHの濃度は1.4mMとした。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
1. Boron layered single crystal 1-1. Synthesis of Crystal In a glove box under an argon gas atmosphere, a MeOH solution of KBH 4 (5.0 mg / mL) was added to a solvent of CHCl 3 : MeCN = 1: 1. Concentration of KBH 4 was 1.4mM.

得られた溶液を大気下に解放した後、40℃で1時間加熱した。その後、室温で2週間静置した。   After the resulting solution was released to the atmosphere, it was heated at 40 ° C. for 1 hour. Then, it left still at room temperature for 2 weeks.

静置後、最長で約2cmの針状結晶の生成を確認した(図1)。
1−2.単結晶X線構造解析
得られた針状結晶の単結晶X線構造解析を行った。
After standing, it was confirmed that needle crystals having a length of up to about 2 cm had been formed (FIG. 1).
1-2. Single crystal X-ray structure analysis The obtained needle-shaped crystal was subjected to single crystal X-ray structure analysis.

単結晶XRD測定を行ない構造を解析した結果、ホウ素と酸素から成る原子層と、カリウムイオンが交互に積層する層状構造が得られた(図2(a))。ホウ素と酸素の層では、酸素と結合したホウ素同士が歪んだ六角形を作るように結合しながら、二次元状に広がった原子層シートを形成していることがわかった(図2(b)、(c))。また、このホウ素原子層は歪のない完全平面であることがわかった。   As a result of performing single crystal XRD measurement and analyzing the structure, a layered structure in which an atomic layer composed of boron and oxygen and potassium ions are alternately stacked was obtained (FIG. 2A). In the layer of boron and oxygen, it was found that the boron bonded with oxygen formed a two-dimensionally spread atomic layer sheet while bonding to form a distorted hexagon (FIG. 2 (b)). , (C)). It was also found that this boron atomic layer was a perfect plane without distortion.

占有率はKが1、六角形の頂点部のBが1、六角形の辺上のBが0.635、Oが0.5となっている。OはBが作る六角形の各辺で2箇所のうち1箇所を占有していると考えられる(図2(c))。組成はホウ素シートに末端部位が必ず存在することを考慮して決定した(後述 図3(a)、(b))。   As for the occupancy, K is 1, B at the vertex of the hexagon is 1, B is 0.635 on the side of the hexagon, and 0.5 is O. It is considered that O occupies one of two places on each side of the hexagon formed by B (FIG. 2C). The composition was determined in consideration of the fact that the terminal site always exists in the boron sheet (FIGS. 3A and 3B described later).

ホウ素−ホウ素の結合距離1.784Åはボロフェンに存在する2種類のホウ素−ホウ素結合の距離(1.876Å、1.614Å)の平均値に近い値となった。また結晶内B−Bは、単結合の1.61Å(Z. Anorg. Allg. Chem. 2017, 643, 517)と酸素架橋の1.824Å(Inorg. Chem. 2015, 54, 2910)の中間の値となった(図3(c))。   The boron-boron bond distance of 1.784 ° was a value close to the average of the distances (1.876 ° and 1.614 °) of the two types of boron-boron bonds present in borophene. BB in the crystal is intermediate between 1.61% of a single bond (Z. Anorg. Allg. Chem. 2017, 643, 517) and 1.824% of an oxygen bridge (Inorg. Chem. 2015, 54, 2910). Value (FIG. 3 (c)).

ホウ素シートとその末端・欠損部位では、B−Oの結合状態が異なることが予想されるため、IR測定によるホウ素層状結晶中での結合状態の評価を試みた(図4)。その結果、B−O伸縮が見られる1300〜1500cm-1付近に2種類のピークが得られた(図4)。このB−O領域のピークのうち、高波数側(1420cm-1)のブロードなピークが、B(OH)で見られるB−O伸縮ピークと位置が類似しているため、B−O領域の2種類のピークのうち高エネルギー側のピークが末端・欠損部位に由来し、低波数側(1350cm-1)のシャープなピークが骨格に由来すると考えられる。また、3100cm-1付近にBO−H伸縮由来のピークが観測されたことから、末端部位にB−OH結合が存在することがわかった。以上より、ホウ素層状結晶中に、ホウ素原子層シートとその末端・欠損としてB(OH)類似部位の存在が示唆された。
1−3.XPS測定による酸化状態の評価と末端部位の定量
XPS測定を行ない、ホウ素の酸化状態を評価した(図5)。測定の結果、原料のKBHではB 1s由来のピークが185.6eVに出現するのに対し、ホウ素層状結晶ではピークトップが約6eV高エネルギー側にシフトしており、結晶の生成に伴うホウ素の酸化が示唆された(図5(a)、(b))。一方、Bが3価の状態であるB(193.3eV)と比較すると、やや低エネルギー側であることから、3価までの完全な酸化は進行していなことがわかった(図5(a)、(b))。
Since it is expected that the bonding state of BO is different between the boron sheet and its terminal / deleted site, an evaluation of the bonding state in the boron layered crystal by IR measurement was attempted (FIG. 4). As a result, two types of peaks were obtained at around 1300 to 1500 cm -1 where BO expansion and contraction were observed (FIG. 4). Among the peaks in the BO region, the broad peak on the high wavenumber side (1420 cm −1 ) is similar in position to the BO expansion peak seen in B (OH) 3 , so that the BO region It is considered that of the two types of peaks, the peak on the high energy side is derived from the terminal / deletion site, and the sharp peak on the low wave number side (1350 cm −1 ) is derived from the skeleton. Further, a peak derived from BO-H stretching was observed around 3100 cm -1 , indicating that a B-OH bond was present at the terminal site. From the above, the existence of a B (OH) 3 similar site as a boron atom layer sheet and its terminal / deletion was suggested in the boron layered crystal.
1-3. Evaluation of oxidation state by XPS measurement and quantification of terminal site XPS measurement was performed to evaluate the oxidation state of boron (FIG. 5). As a result of the measurement, a peak derived from the KBH 4 B 1s ingredients whereas appearing 185.6EV, the boron layered crystal is shifted to the peak top of about 6eV high energy side, of boron with the formation of crystals Oxidation was suggested (FIGS. 5A and 5B). On the other hand, when compared with B 2 O 3 (193.3 eV) in which B is in a trivalent state, it was found that complete oxidation up to trivalent state did not proceed because the energy was slightly lower than that of B 2 O 3 (FIG. 5 (a), (b)).

さらに、得られたホウ素層状結晶のブロードなピークは3成分に分離可能であることがわかった(図5(a))。ピーク分離の結果、最も酸化側のピーク3が3価のホウ素を持つBと一致し、ピーク1と2がそれよりも還元側に位置していることがわかった。よって、ピーク3がB(OH)類似末端部位に対応し、ピーク1と2がそれぞれホウ素シート中の2種類のホウ素に対応していると考えられる。これらのピークの面積比から、ホウ素シートと末端部位の存在比を算出した結果、単位格子の比で3.1:1.0となることがわかった。 Further, it was found that the broad peak of the obtained boron layered crystal was separable into three components (FIG. 5 (a)). As a result of peak separation, it was found that peak 3 on the most oxidized side coincided with B 2 O 3 having trivalent boron, and peaks 1 and 2 were located on the more reduced side. Therefore, it is considered that peak 3 corresponds to a B (OH) 3 similar terminal site, and peaks 1 and 2 respectively correspond to two types of boron in the boron sheet. As a result of calculating the abundance ratio between the boron sheet and the terminal portion from the area ratio of these peaks, it was found that the ratio of the unit cell was 3.1: 1.0.

単結晶X線構造解析から、ホウ素層状結晶の面指数付けを行なった結果、結晶の伸長方向と積層方向であるc軸方向が一致していることがわかり、伸長方向に沿ってホウ素原子層が積層していることがわかった(図6(a))。   From the single crystal X-ray structure analysis, the plane index of the boron layered crystal was determined, and it was found that the elongation direction of the crystal and the c-axis direction, which is the lamination direction, coincided with each other. It was found that the layers were stacked (FIG. 6A).

結晶の伸長方向は粉末XRD測定からも確認することができる。キャピラリー中でのホウ素層状結晶の粉末XRD測定を行ない、得られた回折パターンと結晶構造から計算される回折パターンのシミュレーションとの比較を行なった(図6(b))。ホウ素層状結晶はロッド状の形状であるため、キャピラリー中では管に対して結晶の伸長方向が平行になるように配向する。そしてX線は回転するキャピラリーに対して垂直方向から入射するため、結晶の伸長方向の回折線はほとんど観測されないことが予想された。測定の結果、(100)や(110)、(200)といったa、b軸成分のみを含む面の回折ピークが、シミュレーションと一致する回折角で観測された一方で、c軸成分を含むピークはほとんど出現せず、層間隔である(001)の非常に弱い回折ピークが観測されたのみであった。このことから、積層方向が結晶の伸長方向に一致することが確認され、ロッド状の結晶がホウ素原子層の積層によって形成されていることが判明した。
1−4.ホウ素層状結晶の吸収スペクトル
ホウ素層状結晶の吸収スペクトルの測定を行なった(図7)。固体拡散反射用セルを用いることで、結晶状態で拡散反射スペクトルの測定を行ない、Kubelka−Munk変換を行なうことで吸収スペクトルを得た。測定の結果、250nm以下の紫外領域に吸収を観測した(図7(a))。この吸収端からバンドギャップを算出した結果、ホウ素層状結晶が約5.4eVのバンドギャップを持つ半導体であることがわかった。
The crystal elongation direction can also be confirmed from powder XRD measurement. The powder XRD measurement of the boron layered crystal in the capillary was performed, and the obtained diffraction pattern was compared with a simulation of a diffraction pattern calculated from the crystal structure (FIG. 6B). Since the boron layered crystal has a rod-like shape, it is oriented in the capillary so that the direction of crystal growth is parallel to the tube. Since the X-rays are incident on the rotating capillary in a vertical direction, it was expected that almost no diffraction lines in the crystal elongation direction would be observed. As a result of the measurement, diffraction peaks of planes including only the a and b-axis components such as (100), (110), and (200) were observed at diffraction angles matching the simulation, while peaks including the c-axis component were observed. There was almost no appearance, and only a very weak diffraction peak at (001), which was the layer spacing, was observed. From this, it was confirmed that the lamination direction coincided with the elongation direction of the crystal, and it was found that the rod-shaped crystal was formed by lamination of the boron atom layers.
1-4. Absorption Spectrum of Boron Layered Crystal The absorption spectrum of the boron layered crystal was measured (FIG. 7). A diffuse reflection spectrum was measured in a crystalline state by using a solid diffuse reflection cell, and an absorption spectrum was obtained by performing Kubelka-Munk conversion. As a result of the measurement, absorption was observed in an ultraviolet region of 250 nm or less (FIG. 7A). As a result of calculating the band gap from the absorption edge, it was found that the boron layered crystal was a semiconductor having a band gap of about 5.4 eV.

また、長波長領域でのスペクトル測定の結果、ホウ素層状結晶が1000〜2500nm(4000〜10000cm−1)の近赤外領域において吸収を持つことがわかった(図7(b))。近赤外領域においては、BやB(OH)でもホウ素層状結晶と異なる波長で吸収が見られることから、これらはB−OやO−Hの振動構造に由来する吸収であると考えられる。
1−5.SEMによる形状観察とホウ素層状結晶の力学特性
ホウ素層状単結晶の形状をより詳細に調べるためにFE−SEM観察を行なった結果、結晶が六角柱のロッド形状であることが確認された(図8(a))。ロッドの側面の部分を拡大すると、結晶の伸長方向に沿って層状構造が発達している様子が観察でき、単結晶の縞模様が層状構造に由来するものであることがわかった。
Further, as a result of spectrum measurement in a long wavelength region, it was found that the boron layered crystal had an absorption in a near infrared region of 1000 to 2500 nm (4000 to 10000 cm −1 ) (FIG. 7B). In the near-infrared region, B 2 O 3 and B (OH) 3 also exhibit absorption at a wavelength different from that of the boron layered crystal. Therefore, these are absorptions derived from the vibration structure of BO or OH. it is conceivable that.
1-5. Shape Observation by SEM and Mechanical Properties of Boron Layered Crystal As a result of conducting FE-SEM observation to examine the shape of the boron layered single crystal in more detail, it was confirmed that the crystal was a hexagonal prism rod shape (FIG. 8). (A)). When the side portion of the rod was enlarged, it was observed that a layered structure was developed along the crystal elongation direction, and it was found that the stripe pattern of the single crystal was derived from the layered structure.

このホウ素層状結晶にスパーテル等で機械的に圧力をかけることで、伸長方向と垂直な方向に対し容易にへき開できることがわかった。へき開した結晶をSEMで観察した結果、層構造の崩壊によるナノシートの部分的な生成が確認された(図8(b))。また、一部ではミクロンオーダーの非常に平滑なナノシート表面が見られた。こうした機械的剥離の容易性から、ホウ素層状結晶の層間結合が非常に弱いことが示唆された。
1−6.AFMによるナノシート観察
ホウ素層状結晶の機械的剥離により容易にナノシートが生成することが判明したため、AFMによるナノシートの表面観察を行なった(図9、図10)。ホウ素層状結晶に対してHOPG基板を上から押し付けることで結晶をへき開し、表面に付着した結晶片をAFMで直接観察した(図9(a))。ナノシートが歪んだ部分や、完全に水平でない部分が多いが、一部でほぼ水平なナノシートが積み重なる様子を観測した(図9(b))。シート部分と下地のHOPG部分で位相が明確に異なることから、ホウ素シートであると判断した。形状像の最も厚さの小さいシートで高さを実測した結果、シートが平面な完全な平坦ではないためばらつきが出てはいるが、平均約2.0nm程度の厚さであることがわかった(図10)。以上から、これらのシートが単層から数層程度の非常に薄いシートであると考えられる。このようにAFM観察の結果、複数枚積層したシートが確認され、最も薄い箇所で高さ約0.9nmの単層シートの観察に成功した。シートの高さが最も薄い箇所で高さが約0.9nmであり、AFM測定による単層グラフェンの高さが0.8nm(Science, 2004, 306, 666.)であることと相関している。
It has been found that by mechanically applying pressure to the boron layered crystal with a spatula or the like, cleavage can be easily performed in a direction perpendicular to the elongation direction. As a result of observing the cleaved crystals by SEM, it was confirmed that nanosheets were partially generated due to the collapse of the layer structure (FIG. 8B). Also, in some parts, very smooth nanosheet surfaces on the order of microns were observed. Such ease of mechanical peeling suggested that the interlayer bonding of the boron layered crystal was very weak.
1-6. Nanosheet observation by AFM Since it was found that the nanosheet was easily formed by mechanical peeling of the boron layered crystal, the surface of the nanosheet was observed by AFM (FIGS. 9 and 10). The crystal was cleaved by pressing the HOPG substrate against the boron layered crystal from above, and crystal fragments attached to the surface were directly observed by AFM (FIG. 9 (a)). Although there were many parts where the nanosheets were distorted and parts that were not completely horizontal, it was observed that some of the nanosheets were stacked substantially horizontally (FIG. 9B). Since the phase was clearly different between the sheet portion and the base HOPG portion, it was determined that the sheet was a boron sheet. As a result of actually measuring the height of the sheet having the smallest thickness of the shape image, it was found that the sheet had an uneven thickness because the sheet was not completely flat, but the average thickness was about 2.0 nm. (FIG. 10). From the above, it is considered that these sheets are very thin sheets of about one to several layers. As a result of the AFM observation, a plurality of stacked sheets were confirmed, and a single-layer sheet having a height of about 0.9 nm was successfully observed at the thinnest portion. The height of the sheet is about 0.9 nm at the thinnest point, which is correlated with the height of single-layer graphene measured by AFM being 0.8 nm (Science, 2004, 306, 666.). .

次に、クラウンエーテルおよびクリプタンドによるホウ素層状結晶の溶解、単層化を試みた。CHCl:MeCN=1:1の溶媒中に、結晶を分散し、18−クラウン−6エーテルまたはクリプタンドを過剰としてホウ素層状単結晶を溶解した。この溶液をHOPG基板にキャストし、クロロホルムで洗浄し、過剰の18−クラウン−66エーテルまたはクリプタンドを除去した。単層シートの観察を試みた。AFMでは、表面に付着した結晶片をAFMで観察、HOPG基板上に単層シートと思われる高さ約0.9nmのナノシートが観察され(図11 18−クラウン−66エーテルを使用)、STMでも同様に高さ約0.7nm程度シートの観察に成功した。これらの結果から、クラウンエーテル等によるホウ素層状結晶の単層化の達成が示唆された。
1−7.TEMによるナノシート観察
TEM観察によりナノシートの形状・表面観察も行なった。AFMサンプルの調製方法と同様であり、ホウ素層状結晶の上からマイクロメッシュ付きのTEMグリッドを押し付けることで結晶をへき開し、グリッド表面に付着したシートをTEMで観察した(図12(a):STEM像、図12(b)および図13:高分解TEM像)。その結果、STEMではシートの積層構造とナノシートが直接観察され(図12(a))、高分解TEMではグリッドのメッシュよりコントラストの弱い非常に薄いシートの観測に成功した(図12(b))。観察箇所の中の最も薄いシートで約15層程度であることが確認された。
Next, we tried to dissolve the boron layered crystal with crown ether and cryptand and make it into a single layer. The crystal was dispersed in a solvent of CHCl 3 : MeCN = 1: 1, and the boron layered single crystal was dissolved in excess of 18-crown-6 ether or cryptand. This solution was cast on a HOPG substrate and washed with chloroform to remove excess 18-crown-66 ether or cryptand. An attempt was made to observe a single-layer sheet. In the AFM, a crystal fragment attached to the surface was observed by the AFM, and a nanosheet having a height of about 0.9 nm, which was considered to be a single-layer sheet, was observed on the HOPG substrate (FIG. 11: using 18-crown-66 ether). Similarly, the observation of a sheet having a height of about 0.7 nm was successful. From these results, it was suggested that a single layer of the boron layered crystal was achieved by crown ether or the like.
1-7. Nanosheet observation by TEM The shape and surface of the nanosheet were also observed by TEM observation. It is the same as the preparation method of the AFM sample. The crystal is cleaved by pressing a TEM grid with a micromesh from above the boron layered crystal, and the sheet attached to the grid surface is observed by TEM (FIG. 12 (a): STEM). Images, FIG. 12 (b) and FIG. 13: high resolution TEM image). As a result, the laminated structure of the sheet and the nanosheet were directly observed in the STEM (FIG. 12 (a)), and in the high-resolution TEM, a very thin sheet having a lower contrast than the grid mesh was successfully observed (FIG. 12 (b)). . It was confirmed that the thinnest sheet in the observation location had about 15 layers.

さらに、これらのシートの高倍率観察により、格子を観測することにも成功した(図13)。一部のシート表面からは六角状の回折点が得られ、ホウ素シートと同じ六方対称性が観測された。また、一部では間隔が0.343nmの格子も観測された。これはホウ素層状結晶の層間隔の0.347nmと一致していることから、原子層の積層を実測していることがわかった。これらのことから、機械剥離により非常に薄いナノシートへ剥離可能であると実証され、ホウ素層状結晶の層間相互作用が弱いことが示された。
2.ホウ素層状結晶の熱による液晶化
液晶への変化は偏光顕微鏡観察により確認することができる。液体のような流動性を持ちつつも、偏光顕微鏡下で結晶のような干渉色を呈する状態が液晶である。酸素や水の影響を遮断するために、結晶をキャピラリー中に真空封管し、加熱ステージ付き偏光顕微鏡を用いて、昇温過程における形態と干渉色の変化を観察した。
Furthermore, by observing these sheets at a high magnification, the lattice was successfully observed (FIG. 13). Hexagonal diffraction points were obtained from some sheet surfaces, and the same hexagonal symmetry as the boron sheet was observed. In some cases, a lattice having an interval of 0.343 nm was also observed. Since this coincides with the layer spacing of the boron layered crystal of 0.347 nm, it was found that the atomic layer stacking was actually measured. From these facts, it was demonstrated that the film could be peeled into a very thin nanosheet by mechanical peeling, and that the interlayer interaction of the boron layered crystal was weak.
2. Transformation of Boron Layered Crystal into Liquid Crystal by Heat The change to liquid crystal can be confirmed by observation with a polarizing microscope. A liquid crystal has a liquid-like fluidity but exhibits an interference color like a crystal under a polarizing microscope. In order to block the influence of oxygen and water, the crystal was vacuum-sealed in a capillary, and changes in the morphology and interference color during the heating process were observed using a polarizing microscope equipped with a heating stage.

50℃から120℃まで5℃/min以下の昇温速度でゆっくり加熱した結果、ロッド状のホウ素層状結晶が105℃付近から融けはじめ、形状が液状に変化し始める様子が観測された(図14(a))。形状は液状であるが、その周縁部には干渉色が見られることから、ホウ素結晶が液体ではなく液晶へ変化していることがわかった。   As a result of slowly heating from 50 ° C. to 120 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min or less, it was observed that the rod-shaped boron layered crystal began to melt from around 105 ° C. and change its shape to a liquid state (FIG. 14). (A)). Although the shape is liquid, the interference color is observed at the periphery thereof, which indicates that the boron crystal has changed to a liquid crystal instead of a liquid.

さらに、120℃まで加熱した後に35℃まで5℃/minで冷却する過程を観察した結果、液晶が徐々に円状へと形状を変える様子が見られた(図14(b))。周縁部に常に干渉色を呈しているにも関わらず、流動的に形状が変化したことから、冷却過程でも液晶状態であることがわかる。このことから、結晶を一度昇温して液晶に変化した後は、35℃まで冷却しても再び結晶へ転移することはなく、液晶状態を保持することがわかった。この液晶の配向性はホウ素シートの2次元の強い異方性から生み出され、流動性は層間結合の弱さによって発現していると考えられる。周縁部に十字の暗色部が見えるのは、直交した偏光板の方向に沿って液晶ドメインの光軸が配向し、偏光を干渉せずにそのまま透過してしまうためである。よって、液晶中でホウ素シートが同心円状に配向していると考えられる。   Furthermore, as a result of observing the process of cooling to 35 ° C. at 5 ° C./min after heating to 120 ° C., it was found that the liquid crystal gradually changed into a circular shape (FIG. 14B). Although the interference color is always present at the peripheral edge, the shape has been fluidly changed, which indicates that the liquid crystal is in the liquid crystal state even in the cooling process. From this, it was found that once the temperature of the crystal was changed to liquid crystal by elevating the temperature, the crystal was not transformed again even when cooled to 35 ° C., and the liquid crystal state was maintained. It is considered that the orientation of the liquid crystal is generated by the two-dimensional strong anisotropy of the boron sheet, and the fluidity is expressed by weak interlayer bonding. The reason why the cross-shaped dark portion is visible at the peripheral portion is that the optical axis of the liquid crystal domain is oriented along the direction of the orthogonal polarizing plate, and the polarized light is transmitted without interference. Therefore, it is considered that the boron sheet is oriented concentrically in the liquid crystal.

Claims (20)

骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満であり、ホウ素と酸素からなる原子層がアニオン性である原子層シート。 A boron and oxygen in the skeleton element, boron - networked by nonequilibrium coupling with boron bond, the molar ratio of oxygen and boron (oxygen / boron) is Ri der less than 1.5, consisting of boron and oxygen An atomic layer sheet in which the atomic layer is anionic . 更にアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンを含む請求項1に記載の原子層シート。The atomic layer sheet according to claim 1, further comprising an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion. 更にアルカリ金属イオンを含み、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項1に記載の原子層シート。   The atomic layer sheet according to claim 1, further comprising an alkali metal ion, wherein a molar ratio of the alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1. 骨格組成がB53である請求項1〜3のいずれか一項に記載の原子層シート。 Atomic layer sheet according to claim 1 backbone composition is B 5 O 3. 前記骨格がホウ素−ホウ素結合を有する3回対称性を有する請求項4に記載の原子層シート。   The atomic layer sheet according to claim 4, wherein the skeleton has a three-fold symmetry having a boron-boron bond. 前記骨格部位である構成要素Xと、それ以外の構成要素Yとを含み、前記構成要素Yが、末端部位および/または欠損部位である請求項4または5に記載の原子層シート。 Wherein the components X are skeletal sites, viewed including the other components Y, the component Y is atomic layer sheet according to claim 4 or 5 is a terminal site and / or defect site. 前記構成要素Yが、B−OHを含むホウ素酸化物部位である請求項6に記載の原子層シート。 The atomic layer sheet according to claim 6, wherein the component Y is a boron oxide site containing B-OH. X線光電子分光測定において、190.5〜193.0eVと、192.5〜194.0eVに各々B−1s準位に由来するピークを有する請求項6または7に記載の原子層シート。 The atomic layer sheet according to claim 6 or 7, wherein the atomic layer sheet has peaks at 190.5 to 193.0 eV and 192.5 to 194.0 eV respectively derived from the B-1s level in X-ray photoelectron spectroscopy. 前記X線光電子分光測定において、190.5〜193.0eVのピークが前記構成要素Xに対応している請求項8に記載の原子層シート。 The atomic layer sheet according to claim 8, wherein a peak of 190.5 to 193.0 eV corresponds to the component X in the X-ray photoelectron spectroscopy. IR測定において、B−O伸縮に由来する2種類のピークを1300〜1500cm-1付近に有し、かつBO−H伸縮に由来するピークを3100cm-1付近に有する請求項6〜9のいずれか一項に記載の原子層シート。 In the IR measurement, any one of claims 6-9 having has two peaks derived from BO stretch around 1300~1500Cm -1, and a peak derived from BO-H stretching in the vicinity of 3100 cm -1 The atomic layer sheet according to claim 1. 前記IR測定において、B−O伸縮に由来する2種類のピークのうち低波数側のピークが前記構成要素Xに対応している請求項10に記載の原子層シート。 11. The atomic layer sheet according to claim 10, wherein in the IR measurement, a peak on a low wave number side of the two types of peaks derived from BO stretching corresponds to the component X. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の複数の原子層シートと、前記原子層シート間の金属イオンとを含み、前記金属イオンがアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンである積層シート。 A laminated sheet comprising a plurality of atomic layer sheets according to any one of claims 1 to 11 and metal ions between the atomic layer sheets, wherein the metal ions are alkali metal ions or alkaline earth metal ions . 前記金属イオンがアルカリ金属イオンであり、アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項12に記載の積層シート。 The laminated sheet according to claim 12, wherein the metal ion is an alkali metal ion, and a molar ratio of the alkali metal ion and boron (alkali metal ion / boron) is less than 1. 請求項12または13に記載の積層シートを含む結晶。 A crystal comprising the laminated sheet according to claim 12 . 有機溶媒を含む溶媒中に、不活性ガス雰囲気下でMBH4(Mはアルカリ金属イオンを示す。)を添加し溶液を調製する工程と、
前記溶液を、酸素を含む雰囲気に曝す工程とを含む、ホウ素と酸素を含む原子層シートおよび/または積層シートの製造方法。
Adding MBH 4 (M represents an alkali metal ion) to a solvent containing an organic solvent under an inert gas atmosphere to prepare a solution;
Exposing the solution to an atmosphere containing oxygen, the method comprising producing an atomic layer sheet and / or a laminated sheet containing boron and oxygen.
前記原子層シートが、骨格元素にホウ素と酸素を有し、ホウ素−ホウ素結合を有する非平衡結合によりネットワーク化された、酸素とホウ素のモル比率(酸素/ホウ素)が1.5未満である原子層シートであり、前記積層シートが、複数の前記原子層シートと、前記原子層シート間の前記アルカリ金属イオンとを含む、請求項15に記載の方法。 The atom in which the atomic layer sheet has boron and oxygen as skeletal elements and is networked by non-equilibrium bonds having a boron-boron bond, and has a molar ratio of oxygen to boron (oxygen / boron) of less than 1.5. 16. The method of claim 15, wherein the method is a layer sheet, wherein the laminated sheet includes a plurality of the atomic layer sheets and the alkali metal ions between the atomic layer sheets. 前記アルカリ金属イオンとホウ素のモル比率(アルカリ金属イオン/ホウ素)が1未満である請求項16に記載の方法。 17. The method according to claim 16, wherein the molar ratio of the alkali metal ion to boron (alkali metal ion / boron) is less than 1. 請求項12または13に記載の積層シートと、クラウンエーテルおよびクリプタンドから選ばれる少なくとも1種とを、有機溶媒を含む溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。 A peeled product of a laminated sheet, comprising a step of adding the laminated sheet according to claim 12 or at least one selected from crown ethers and cryptands to a solvent containing an organic solvent, and peeling the laminated sheet. Manufacturing method. 請求項12または13に記載の積層シートを、非プロトン性高極性溶媒中に添加し、前記積層シートを剥離する工程を含む、積層シートの剥離物の製造方法。 A method for producing a peeled product of a laminated sheet, comprising a step of adding the laminated sheet according to claim 12 or 13 to an aprotic highly polar solvent and peeling the laminated sheet. 前記剥離物は、単層の原子層シートを含む、請求項18または19に記載の方法。
20. The method according to claim 18 or claim 19, wherein the exfoliate comprises a single layer atomic layer sheet.
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