Создан «чудо-материал следующего поколения»

Прочитано: 164 раз(а)


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

Это исследование, анонсированное на прошлой неделе 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, вся область исследований действительно взволнованы тем, что эта давняя проблема или этот воображаемый материал наконец-то реализуются», — сказал Йиминг Ху, ведущий автор статьи и выпускник доктора химических наук 2022 года.

Ученые давно интересовались созданием новых или новых аллотропов углерода 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 sp2, sp3 и sp-гибридизованный углерод (или различные способы, которыми атомы углерода могут связываться с другими элементами) и их соответствующие связи используются. Наиболее известными аллотропами углерода являются графит (используемый в таких инструментах, как карандаши и батарейки) и алмазы, которые созданы 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.

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

Использование процесса, называемого алкиновым метатезисом, 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 приложений, 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 со стороны коллег эту работу, вероятно, невозможно было бы выполнить».

Создан «чудо-материал следующего поколения»



Новости партнеров