Химики получили негексагональную двумерную форму углерода

Команда химиков и физиков из Германии и Финляндии смогла создать аллотропную небензоидную форму углерода — бифениленовую сеть, в которой атомы
углерода образуют четырех-, шести- и восьмичленные циклы. В работе, опубликованной в журнале Science, сообщается, что новый материал обладает
металлическими свойствами.

Самая известная аллотропная форма углерода — алмаз — трехмерная структура,
характеризующаяся тетраэдрическим расположением атомов углерода в
кристаллической решетке. По своим электрическим свойствам алмаз — диэлектрик. Другая, не менее известная разновидность углерода, графит, имеет двумерную слоеную кристаллическую
структуру, в слоях которой атомы углерода располагаются в вершинах шестиугольника. Графит, в отличие от алмаза, хороший проводник тока.

Еще одна форма углерода с перспективными свойствами — графен — это двумерная аллотропная модификация углерода, представляющая
собой расположенные в виде шестиугольников sp²-гидридизированные атомы углерода, объединенные в листы
атомарной толщины. Лист графена очень напоминает плотно сомкнутые соты.
Гексагональная решетка из атомов углерода возникает из-за того, что три из
четырех электронов образуют соединение со своими соседями. Орбиталь четвертого
электрона перпендикулярна по отношению к плоскости графена. Связанные электроны
обеспечивают прочность решетки, в то время как несвязанный электрон
обеспечивает течение тока. Графен — полупроводник, но с нулевой шириной
запрещенной зоны.

Теоретически существуют и другие
способы сборки плоских структур из sp²-гибридизированных атомов углерода, однако этот тип углерода склонен образовывать бензоидые структуры. Предсказанная бифениленовая сеть может состоять из sp²-гибридизованных атомов углерода, образующих четырех-, шести- и восьмичленные циклы. Предполагается, что бифениленовая сеть будет обладать диэлектрическими свойствами. В 2014 году ученые пытались создать бифениленовую сеть посредством деиодирования и дебромирования 1,4,5,8-тетраиод-2,3,6,7-тетрабромобифенилена, однако такая схема синтеза не сработала уже на начальной стадии полимеризации.

Теперь команда ученых под руководством химика Цитан Фаня (Qitang Fan) из Университета Марбурга в Германии создала бифениленовую сеть, соединив в цепочки 2,5-дифтор-пара-фенилен на
поверхности золота.

Молекулы мономера 4,4″-дибром-2,2′,2″,5,5′,5″-гексафтор-1,1′:4′,1″-терфенила (DHTP) адсорбировали
на поверхности золота и подвергли полимеризации с образованием поли-(2,5-дифтор-пара-фенилена)
(PFPP). На втором этапе сборки с помощью реакции дегидрофторирования была
получена бифениленовая сеть, состоящая из четырех-, шести- и восьмичленны углеродных циклов. Дегидрофторирование позволило
образовать связь C-C исключительно между C-F и C-H фрагментами, но не между
двумя C-H или двумя C-F фрагментами. Правильно
расположенные группы C-F были необходимы для формирования небензоидной структуры.

 

Сверху: предыдущая попытка синтеза бифениленовой сети; снизу: мономер DHTP, образующий бифениленовую сеть посредством линейной полимеризации с последующей реакцией дегидрофторирования.

 

Используя методы сканирующей туннельной спектроскопии, ученые
продемонстрировали, что новая аллотропная форма углерода обладает металлическими
свойствами, а не диэлектрическими, как считалось ранее. Узкие полоски бифениленовой сети шириной в 21 атом имеют металлические характеристики, в то время как графен такой же ширины остается полупроводником. В
будущем материал можно будет использовать для изготовления анодов в литий-ионных аккумуляторах, вместо
графена.

На сегодняшний день известно большое количество аллотропных форм
углерода. Помимо широко известных графита и алмаза, в этот список включают
фуллерены, углеродные нанотрубки, карбины. О многообразии форм этого элемента читайте в нашем материале Семь обличий углерода.

Виктория Барановская

Источник: nplus1.ru

0 0 голоса
Рейтинг статьи

Опубликовано: 25.05.2021 в 22:45

Автор:

Категории: Наука и технологии

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии