Grafyn
 Kemisk struktur för grafyn-1-
|
|
| identifierare | |
|---|---|
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Grafyn är en allotrop av kol . Dess struktur är en atoms tjocka plana ark av sp- och sp 2 -bundna kolatomer ordnade i kristallgitter. Det kan ses som ett gitter av bensenringar förbundna med acetylenbindningar . Materialet kallas grafynen när bensenringar är förbundna med n sekventiella acetylenmolekyler, och grafdiyn för ett särskilt fall av n = 2 ( diacetylenlänkar ).
Beroende på innehållet av acetylengrupper kan grafyn betraktas som en blandhybridisering, sp k , där 1 < k < 2, och skiljer sig alltså från hybridiseringen av grafen (som betraktas som ren sp 2 ) och diamant (ren sp 3 ).
Beräkningar av första principer visade att periodiska grafynstrukturer och deras bornitridanaloger är stabila. Beräkningarna använde fonondispersionskurvor och ab-initio finita temperatur, kvantmekaniska molekyldynamiksimuleringar.
Historia
Graphyne föreslogs först teoretiskt av Baughman et al. år 1987. År 2010, Li et al. utvecklade den första framgångsrika metoden för att skapa grafdiynfilmer med hjälp av Glaser–Hay-korskopplingsreaktionen med hexaetynylbensen. Det föreslagna tillvägagångssättet gör det möjligt att syntetisera grafdiyn och graftetrayne i nanometerskala, som saknar ordning på lång räckvidd. Under 2019 rapporterade Cui och medarbetare om en mekanokemisk teknik för att erhålla grafyn med hjälp av bensen och kalciumkarbid . Även om en grafyn i gramskala kan erhållas med detta tillvägagångssätt, förblir grafyner med långdistanskristallinitet över ett stort område svårfångade.
År 2022 använde forskare alkynmetates , medan de kontrollerade termodynamik och kinetik, för att syntetisera grafyn. Olika analysmetoder indikerar dess utmärkta kemiska och termiska stabilitet. En vidvinkelröntgenspridningskarakterisering av den erhållna grafynprodukten antyder en enhetlig kristallin struktur.
År 2022 genomfördes den första skalbara syntesen av flerskiktad γ‑grafyn framgångsrikt genom polymerisation av 1,3,5-tribrom-2,4,6-trietynylbensen under Sonogashira- kopplingsförhållanden. Nära-infraröd spektroskopi och cyklisk voltammetri av materialet bestämde bandgapet till 0,48 ± 0,05 eV, vilket överensstämmer med den teoretiska förutsägelsen för grafynbaserade material.
Strukturera
Genom användning av datormodeller har forskare förutspått flera egenskaper hos ämnet på antagna geometrier av gittret. Dess föreslagna strukturer är härledda från att infoga acetylenbindningar i stället för kol-kol enkelbindningar i ett grafengitter. Teoretiseras att grafyn existerar i flera geometrier. Denna variation beror på de multipla arrangemangen av sp och sp2 hybridiserat kol. De föreslagna geometrierna inkluderar en hexagonal gitterstruktur och en rektangulär gitterstruktur . Av de teoretiserade strukturerna kan det rektangulära gittret av 6,6,12-grafyn ha störst potential för framtida tillämpningar.
Egenskaper
Modeller förutspår att grafyn har potential för Dirac-koner på dess dubbel- och trippelbundna kolatomer. [ citat behövs ] På grund av Dirac-konerna möts lednings- och valensbanden på ett linjärt sätt på en enda punkt i Fermi-nivån . Fördelen med detta schema är att elektroner beter sig som om de inte har någon massa, vilket resulterar i energier som är proportionella mot elektronernas rörelsemängd. Precis som i grafen har hexagonal grafyn elektriska egenskaper som är riktningsoberoende. På grund av symmetrin hos den föreslagna rektangulära 6,6,12-grafynen skulle emellertid de elektriska egenskaperna förändras längs olika riktningar i materialets plan. Denna unika egenskap hos dess symmetri tillåter grafyn att självdopa vilket innebär att den har två olika Dirac-koner som ligger något över och under Fermi-nivån. Självdopningseffekten av 6,6,12-grafyn kan effektivt ställas in genom att applicera extern belastning i planet. Grafynprover syntetiserade hittills har visat en smältpunkt på 250-300 °C, låg reaktivitet i nedbrytningsreaktioner med syre, värme och ljus.
Potentiella applikationer
Det har antagits att grafyn är att föredra framför grafen för specifika tillämpningar på grund av dess speciella energistruktur, nämligen riktningsberoende Dirac-koner. Riktningsberoendet av 6,6,12-grafyn kan möjliggöra elektriskt gitter på nanoskala. Detta kan leda till utvecklingen av snabbare transistorer och elektroniska enheter i nanoskala. Nyligen visades det att fotoinducerad elektronöverföring från elektrondonerande partners till y-grafyn är gynnsam och sker på en tidsskala från nano till sub-pikosekund.
externa länkar
- Rawat, Sachin (2022-08-05). "Graphene är ett Nobelprisvinnande "undermaterial." Graphyne kan ersätta det. " Stort tänk . Hämtad 2022-08-07 .
- Wang, Xiluan; Shi, Gaoquan (2015). "En introduktion till grafens kemi". Fysikalisk kemi Kemisk fysik . Royal Society of Chemistry (RSC). 17 (43): 28484–28504. Bibcode : 2015PCCP...1728484W . doi : 10.1039/c5cp05212b . PMID 26465215 .