Создание новейшего наноматериала Графин

Ученые из Калифорнийского университета в Боулдере успешно синтезировали графин, который теоретически обсуждался десятилетиями, но так и не был успешно произведен.

Синтез нового углерода

Более десяти лет ученые безуспешно пытались синтезировать новую форму углерода под названием графин. Однако эта попытка подошла к концу благодаря новому исследованию Университета Колорадо в Боулдере.

Графин уже давно вызывает интерес у ученых из-за его сходства с «чудо-материалом» графеном — еще одной формой углерода, которая высоко ценится в промышленности и чьи исследования даже были отмечены Нобелевской премией по физике в 2010 году. Однако, несмотря на десятилетия работы и теоретизируя, до сих пор было создано лишь несколько фрагментов.

Кристаллическая структура слоя графена, не путать с графеном. 1 кредит

Это исследование, о котором было объявлено 9 мая 2022 года в журнале Nature Synthesis, заполняет давний пробел в науке об углеродных материалах, потенциально открывая совершенно новые возможности для исследования электроники, оптики и полупроводниковых материалов.

«Вся аудитория, все поле деятельности действительно взволнованы тем, что эта давняя проблема или этот воображаемый материал, наконец, становятся понятыми», — сказал Имин Ху (PhDChem’22), ведущий автор статьи.

Ученые давно интересовались созданием новых или новых углеродных аллотропов или форм углерода из-за его полезности для промышленности, а также из-за его универсальности.

Существуют различные способы построения аллотропов углерода в зависимости от того, как используются гибриды углерода, обозначаемые как sp2, sp3 и sp-гибридизированный углерод (или различные способы, которыми атомы углерода могут связываться с другими элементами) и их соответствующие связи. Наиболее известными аллотропами углерода являются графит (используемый в таких инструментах, как карандаши и батарейки) и алмазы, которые создаются из углерода sp2 и углерода sp3 соответственно.

Используя традиционные химические методы, ученые на протяжении многих лет успешно создавали различные аллотропы, в том числе фуллерен (за открытие которого в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии) и графен.

Однако эти методы не позволяют синтезировать различные типы углерода вместе в какой-либо большой емкости, как то, что требуется для графина, который оставил теоретический материал — предположительно обладающий уникальной электронной проводимостью, механическими и оптическими свойствами — оставаться тем: теория.

Но именно эта потребность в нетрадиционном побудила тех, кто работал на местах, обратиться к лабораторной группе Вэй Чжана.

Чжан, профессор химии в Калифорнийском университете в Боулдере, изучает обратимую химию, то есть химию, которая позволяет связям самокорректироваться, позволяя создавать новые упорядоченные структуры или решетки, такие как синтетические ДНК-подобные полимеры.

После того, как к ним подошли, Чжан и его лабораторная группа решили попробовать.

«Мы надеемся, что в будущем мы сможем снизить затраты и упростить процедуру реакции, и тогда люди смогут получить реальную пользу от наших исследований». — Мануэль Аравена.

История создания графина

Создание графина — это «действительно старый, давний вопрос, но поскольку синтетические инструменты были ограничены, интерес к нему упал», — прокомментировал Ху, который был аспирантом в лабораторной группе Чжана. «Мы снова подняли проблему и использовали новый инструмент для решения старой проблемы, которая действительно важна».

Использование процесса, называемого метатезисом алкинов, который представляет собой органическую реакцию, влекущую за собой перераспределение или разрезание и преобразование химических связей алкинов (тип углеводорода, по крайней мере, с одной тройной ковалентной связью углерод-углерод), а также термодинамику и кинетический контроль, группа смогла успешно создать то, что никогда не было создано ранее: материал, который может соперничать по проводимости с графеном, но с контролем.

«Есть довольно большая разница (между графеном и графином), но в хорошем смысле», — сказал Чжан. «Это может быть чудо-материал следующего поколения. Вот почему люди очень взволнованы».

Несмотря на то, что материал был успешно создан, команда все еще хочет изучить его конкретные детали, в том числе то, как создать материал в больших масштабах и как им можно манипулировать.

• «Мы действительно пытаемся исследовать этот новый материал в нескольких измерениях, как экспериментально, так и теоретически, от атомного уровня до реальных устройств», — сказал Чжан о следующих шагах.
• Эти усилия, в свою очередь, должны помочь в выяснении того, как электропроводящие и оптические свойства материала могут быть использованы для промышленных применений, таких как литий-ионные батареи.
• «Мы надеемся, что в будущем мы сможем снизить затраты и упростить процедуру реакции, и тогда люди смогут получить реальную пользу от наших исследований», — сказал Ху.

Для Чжана это никогда не было бы возможно без поддержки междисциплинарной команды, добавив:

• «Без поддержки со стороны физического факультета, без некоторой поддержки коллег эту работу, вероятно, невозможно было бы выполнить».

Метки: Наноматериалы