Karaffel (stof)

En karaffel ( eng.  graphyne ) er en allotrop modifikation af kulstof , bestående af flade lag af kulstof på et atom tykt , som er i sp og sp 2 hybridiseringer [1] . En af varianterne af karaflen blev opnået eksperimentelt [2] .

Opdagelseshistorie

For første gang blev der gjort antagelser om eksistensen af ​​en karaffel i 1968 [3] . I 1987 , ved hjælp af kvantemekaniske beregninger, blev muligheden for eksistensen af ​​flade kulstofstrukturer vist, hvor halvdelen af ​​kulstofatomerne har sp-hybridisering og halv-sp2- hybridisering , og den første teoretiske model af dekanterstrukturen blev bygget [4 ] . Det er også blevet forudsagt, at dekanteren er en halvleder med stort mellemrum og har ikke-lineære optiske egenskaber. Opdagelsen af ​​fulleren [5] påvirkede markant karaffens forskningsaktivitet .

I 2010 blev grafin-2 (også kaldet graphdiin) eksperimentelt opnået ved hjælp af in situ Glaser-reaktionen [2] .

Struktur og egenskaber

På grund af tilstedeværelsen af ​​sp-hybridiserede bindinger adskiller dekanteren sig i sin struktur og egenskaber væsentligt fra andre allotropiske modifikationer af kulstof [6] . Tre dekanterstrukturer er mulige: α-dekanter, hvor alle tre bindinger af sp 2 -hybridiserede atomer med naboatomer er erstattet af karbinkæder (med tredobbelte bindinger), β-dekanter, hvor to bindinger er erstattet, og γ-dekanter, hvor kun én binding erstattes [1] [7] [8] . Grafdiin er den mest stabile af allotropiske modifikationer af kulstof, der ikke forekommer i naturen, og indeholder diacetyleniske bindinger [9] .

Ved hjælp af molekylær dynamik blev det beregnet, at Youngs modul i pladens plan er 532,5 GPa og 629,4 GPa, afhængigt af strækningsretningen [10] . Baseret på tæthedsfunktionsteorien er elektronmobiliteten 2 10 5 m 2 /( V s ) ved stuetemperatur , og hulmobiliteten er en størrelsesorden lavere; båndgab 0,46 eV . _

Den eksperimentelt opnåede dekanter-2 er en halvleder med en specifik elektrisk ledningsevne på 2,516·10 −4 S / m [2] .

Mulige anvendelser

Karaffelmetalholdige nanorør kan bruges til brintlagring [8] , især inden for energilagring , hvor problemet med brintlagring er en flaskehals [11] . Dekanterbånd kan bruges i termo- og nanoelektronik [12] , og dekanteren har en lineær spredningslov for ladningsbærere (svarende til grafen ), men baseret på beregninger ved hjælp af tæthedsfunktionsteorien mulighed for at skabe et ikke-nul bånd gap forudsiges i det, hvilket er meget svært i tilfælde af grafen [13] . Dekanteren kan også bruges til adskillelse af gasser , hvilket er forbundet med karakteren af ​​den porøse struktur af dekanteren ved π-konjugering af bindinger [6] .

Noter

  1. ↑ 1 2 E. A. Belenkov, V. V. Mavrinsky. Tredimensionel struktur af kulstoffaser bestående af sp-sp2 hybridiserede atomer  // Proceedings of the Chelyabinsk Scientific Center Uro Ran. - 2006. - Udgave. 2 . — S. 13–18 . — ISSN 1727-7434 . Arkiveret fra originalen den 29. december 2019.
  2. ↑ 1 2 3 Guoxing Li, Yuliang Li, Huibiao Liu, Yanbing Guo, Yongjun Li. Arkitektur af graphdiyne nanoskala film  (engelsk)  // Chemical Communications. - 2010-05-21. — Bd. 46 , udg. 19 . — S. 3256–3258 . — ISSN 1364-548X . - doi : 10.1039/B922733D . Arkiveret fra originalen den 29. december 2019.
  3. ↑ Balaban, AT og Rentia, Co C og Ciupitu, E. Chemical graphs. 6. Estimering af relativ stabilitet af flere plane og tredimensionale gitter for elementært kulstof // Revue Roumaine de Chimie. - Editura Academiei Romane, 1968. - Vol. 12, nr. 2 .
  4. ↑ RH Baughman, H. Eckhardt, M. Kertesz. Struktur-egenskabsforudsigelser for nye plane former for kulstof: Lagdelte faser indeholdende sp2- og sp-atomer  // The Journal of Chemical Physics. - 1987-12-01. - T. 87 , no. 11 . — S. 6687–6699 . — ISSN 0021-9606 . - doi : 10.1063/1.453405 . Arkiveret fra originalen den 29. december 2019.
  5. ↑ Francois Diederich. Kulstofstilladser: opbygning af acetyleniske udelukkende kulstof- og kulstofrige forbindelser  (engelsk)  // Nature. — 1994-05. — Bd. 369 , udg. 6477 . — S. 199–207 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/369199a0 . Arkiveret 16. oktober 2020.
  6. ↑ 1 2 Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: syntese, egenskaber og anvendelser  (engelsk)  // Chemical Society Reviews. - 2019-02-04. — Bd. 48 , udg. 3 . — S. 908–936 . — ISSN 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00773J . Arkiveret 30. maj 2019.
  7. ↑ Viktor Viktorovich Mavrinsky, Tatyana Evgenievna Belenkova, Vladimir Mikhailovich Chernov, Evgeny Anatolyevich Belenkov. Strukturen af ​​polymorfe varianter af karaflag  // Bulletin fra Chelyabinsk State University. - 2013. - Udgave. 25 (316) . — ISSN 1994-2796 . Arkiveret fra originalen den 29. december 2019.
  8. ↑ 1 2 Jinlian Lu, Yanhua Guo, Yun Zhang, Yingru Tang, Juexian Cao. En sammenlignende undersøgelse for hydrogenopbevaring i metaldekorerede grafynnanorør og grafynmonolag  //  Journal of Solid State Chemistry. — 2015-11. — Bd. 231 . — S. 53–57 . - doi : 10.1016/j.jssc.2015.08.004 . Arkiveret fra originalen den 29. december 2019.
  9. ↑ Michael M. Haley, Stephen C. Brand, Joshua J. Pak. Carbon Networks Based on Dehydrobenzoannulenes: Synthesis of Graphdiyne Substructures  (engelsk)  // Angewandte Chemie International Edition på engelsk. - 1997-05-02. — Bd. 36 , udg. 8 . — S. 836–838 . — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773 . - doi : 10.1002/anie.199708361 .
  10. ↑ Steven W. Cranford, Markus J. Buehler. Mekaniske egenskaber af grafikne  // Carbon. — 2011-11-01. - T. 49 , no. 13 . — S. 4111–4121 . — ISSN 0008-6223 . - doi : 10.1016/j.carbon.2011.05.024 .
  11. ↑ K. Srinivasu, Swapan K. Ghosh. Graphyne og Graphdiyne: lovende materialer til nanoelektronik og energilagringsapplikationer  // The Journal of Physical Chemistry C. - 2012-03-08. - T. 116 , no. 9 . — S. 5951–5956 . — ISSN 1932-7447 . - doi : 10.1021/jp212181h .
  12. ↑ Tao Ouyang, Yuanping Chen, Li-Min Liu, Yuee Xie, Xiaolin Wei. Termisk transport i grafyn nanobånd  (engelsk)  // Fysisk gennemgang B. - 2012-06-19. — Bd. 85 , iss. 23 . — S. 235436 . — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.235436 .
  13. ↑ Bog G. Kim, Hyoung Joon Choi. Graphyne: Sekskantet netværk af kulstof med alsidige Dirac-kegler  (engelsk)  // Physical Review B. - 2012-09-21. — Bd. 86 , iss. 11 . — S. 115435 . — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X . - doi : 10.1103/PhysRevB.86.115435 .