Блог компании ua-hosting.company. В мире науки порой бывает так, что открытие какого-то вещества или материала происходит не в лаборатории, а на бумаге. Подобная ситуация сложилась и с графином, существование и возможность синтеза которого были первоначально высказаны лишь теоретически в 1968 году. Спустя несколько десятилетий были проведены расчеты, показавшие, что графин действительно может быть. Но вот с практическими опытами были сложности, так как получаемый графин не был идеален.

Ученые из Колорадского университета в Боулдере (США) разработали методику синтеза, позволяющую получить истинные γ-графин. Как именно проводил синтез, какими свойствами обладает полученный графин, и где его можно применять на практике? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Графин представляет собой аллотропную модификацию углерода, состоящую из плоских слоев углерода толщиной в один атом, которые находятся в гибридизациях (гибридизация орбиталей — процесс смешения различных атомных орбиталей (s, p, d, f) центрального атома многоатомной молекулы с возникновением одинаковых орбиталей, эквивалентных по своим правилам. Угол между гибридными орбиталями при sp³-гибридизации равен 109.5°, при sp² — 120°, при sp — 180°) sp и sp².

Как отмечают ученые, атомы углерода могут быть sp³-, sp²- или sp-гибридизированы с образованием одинарных, двойных или даже тройных связей с соседними атомами углерода и, таким образом, производить различные аллотропы. Наиболее известными аллотропами углерода являются графит и алмаз, которые состоят из чисто sp² — и sp³-гибридизированных атомов углерода соответственно.

Углеродные аллотропы обладают различными физическими свойствами, возникающими из-за уникальной комбинации и расположения нескольких типов связей, которые имеют различную длину, прочность, геометрию и электронные свойства. Например, графит непрозрачен и мягок, тогда как алмаз прозрачен и является самым твердым из известных природных веществ.

За последние десятилетия было сделано немало попыток создать новые углеродные аллотропы. В результате непосильного труда были получены различные sp²-гибридизированные углеродные аллотропы (фуллерен, углеродные нанотрубки, графен, бифенилен) и sp-гибридизованные углеродные аллотропы (например, цикло[18]углерод).

Все вышеперечисленные известные аллотропы углерода состоят из атомов углерода одного типа. Однако существует гораздо больше соединений, состоящих из различных комбинаций sp³-, sp² — и sp-гибридизированных атомов углерода, которые еще предстоит открыть.

Изображение №1

Графины представляют собой двумерные аллотропы углерода, похожие на графен, который является оптически прозрачным и механически гибким, но при этом прочным и электропроводящим. В отличие от графенов, которые состоят исключительно из sp²-гибридизированных углеродов, графины содержат sp-гибридизированные углероды, периодически интегрированные в sp²-гибридизированный углеродный каркас (1а).

Ранее говорилось, что графин будет демонстрировать интригующие и уникальные электропроводящие, механические и оптические свойства. В частности, электронная проводимость в графине будет исключительно быстрой, как и в графене. Тем не менее электронная проводимость в некоторых графинах может контролироваться в определенном направлении, в отличие от многонаправленной проводимости в графене, потому что тройные связи могут создавать искажения в конусах Дирака.

В ранее проведенных исследованиях ученым из разных уголков Земли удалось синтезировать различные низкомолекулярные графиновые фрагменты или молекулярные структуры, связанные с этиниленом, которые включают карбин. Полученные материалы показали крайне привлекательные оптоэлектронные свойства, что является одной из причин столь высокого внимания к данного рода разработкам.

Большинство попыток синтеза графинов ограничиваются использованием необратимых реакций сочетания (например, взаимодействие Глейзера-Хея), на поверхности меди или на интерфейсах воздух-вода. Этот подход был использован для формирования графдиина и графтетраина нанометрового масштаба, в которых отсутствует дальний порядок (дальний порядок (упорядоченность) — свойство кристаллических структур, при котором атомные частицы проявляют периодичность на большом числе атомных диаметров, и каждая атомная частица имеет определенные связи с точками решетки). Также были предприняты попытки синтеза путем необратимого связывания гексабромбензола и карбида кальция, однако результат был не самый впечатляющий.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда говорят, что все предыдущие работы затрагивают лишь верхушку айсберга, тогда как крупномасштабный синтез графинов с дальней кристалличностью на большой площади остается неуловимым. Они отмечают, что наиболее стабильная структура графина (γ-графин), которая состоит из чередующихся фениленовых (только sp²-гибридизированных углеродов) и этиниленовых (только sp-гибридизированных углеродов) строительных блоков, не была полноценно реализована экспериментальным путем.

В своей работе ученые описывают новый метод объемного синтеза кристаллического γ-графина в растворе, а также описывают его «ABC» укладку кристаллической структуры.