Графин - Graphyne

Не путать с Графен, Графема, или же Графан.
Графин-п сорта, где п указывает количество тройных связей углерод-углерод в звене между двумя соседними шестиугольниками. Графин - графин-1; графдиин - это графин-2.

Графин является аллотроп из углерод. Его структура толщиной в один атом. планарный листы sp и зр2скрепленный атомы углерода расположены в кристаллической решетке. Его можно рассматривать как решетку бензол кольца, соединенные ацетилен облигации. В зависимости от содержания ацетиленовых групп графин можно рассматривать как смешанную гибридизацию, пр.п, где 1 [1][2] и таким образом отличается от гибридизации графен (считается чистым зр2) и алмаз (чистый зр3).

Существование графина предполагалось до 1960 г.[3] и привлек внимание после открытия фуллерены.

Хотя еще не синтезированы, периодические структуры графина и их нитрид бора На основе расчетов из первых принципов с использованием кривые дисперсии фононов и ab-initio конечная температура, квантово-механическое моделирование молекулярной динамики.[4]

Структура

Графин еще предстоит синтезировать в значительных количествах для изучения, но с помощью компьютерных моделей ученые смогли предсказать некоторые свойства вещества на основе предполагаемой геометрии решетки. Предлагаемые структуры графина получены путем введения ацетиленовых связей вместо одинарные углерод-углеродные связи в решетке графена.[5] Предполагается, что графин существует в нескольких различных геометриях. Это разнообразие связано с множественным расположением sp- и sp2-гибридизированного углерода. Предлагаемая геометрия включает гексагональная решетчатая структура и прямоугольная решетчатая структура.[6] Было выдвинуто предположение, что для конкретных приложений он предпочтительнее графена из-за потенциала конусов Дирака, зависящих от направления.[7][8] Из теоретических структур прямоугольная решетка 6,6,12-графина может иметь наибольший потенциал для будущих приложений.

Характеристики

Модели графина показывают, что у него есть потенциал для конусов Дирака на его атомах углерода с двойной и тройной связью. Из-за конусов Дирака на кривой Уровень Ферми где проводимость и валентные полосы встречаются линейно. Преимущество этой схемы состоит в том, что электроны ведут себя так, как будто у них нет массы, что приводит к энергии, пропорциональной импульсу электронов. Как и графен, гексагональный графин имеет электрические свойства, которые не зависят от направления. Однако из-за симметрии предложенного прямоугольного 6,6,12-графина электрические свойства будут изменяться в разных направлениях в плоскости материала.[6] Эта уникальная особенность его симметрии позволяет графину самодур Это означает, что он имеет два разных конуса Дирака, лежащих немного выше и ниже уровня Ферми.[6] Эффект самолегирования 6,6,12-графина можно эффективно регулировать путем приложения внешней деформации в плоскости.[9]Образцы графина, синтезированные на сегодняшний день, показали температуру плавления 250-300 ° C, низкую реакционную способность в реакциях разложения с кислородом, теплом и светом.[5]

Возможные приложения

Направленная зависимость 6,6,12-графина может позволить электрическую решетка в наномасштабе.[10] Это может привести к разработке более быстрых транзисторов и электронных устройств нанометрового размера.[6][11][12]

Graphdiyne

Сообщалось о синтезе графдина в виде пленки толщиной 1 мм на поверхности меди.[13] Было предсказано, что графдин будет демонстрировать структуру, подобную нанопленке, характеризующуюся треугольными и регулярно расположенными порами, формируя таким образом нанопористую мембрану. Благодаря эффективному размеру пор, который почти соответствует радиус Ван-дер-Ваальса из гелий атом, графдиин может вести себя как идеальная двумерная мембрана для химического и изотопного разделения гелия.[14] Предложено применение мембраны на основе графдина в качестве эффективного двумерного сита для технологий фильтрации и очистки воды.[15]

Рекомендации

  1. ^ Heimann, R.B .; Евсвуков, С.Е .; Кога, Ю. (1997). «Аллотропы углерода: предлагаемая классификационная схема на основе валентно-орбитальной гибридизации». Углерод. 35 (10–11): 1654–1658. Дои:10.1016 / S0008-6223 (97) 82794-7.
  2. ^ Еняшин, Андрей Н .; Ивановский, Александр Л. (2011). «Аллотропы графена». Физика Статус Solidi B. 248 (8): 1879–1883. Bibcode:2011PSSBR.248.1879E. Дои:10.1002 / pssb.201046583.
  3. ^ Балабан, АТ; Rentia, CC; Чупиту, Э. (1968). Преподобный Рум. Чим. 13: 231
  4. ^ Озчелик, В. Онгун; Чирачи, С. (10 января 2013 г.). «Размерная зависимость стабильности и электронных свойств α-графина и его аналога нитрида бора». Журнал физической химии C. 117 (5): 2175–2182. arXiv:1301.2593. Дои:10.1021 / jp3111869.
  5. ^ а б Kim, Bog G .; Чхве, Хён Джун (2012). «Графин: гексагональная углеродная сеть с универсальными конусами Дирака». Физический обзор B. 86 (11): 115435. arXiv:1112.2932. Bibcode:2012PhRvB..86k5435K. Дои:10.1103 / PhysRevB.86.115435.
  6. ^ а б c d Дюме, Бель (1 марта 2012 г.). "Может ли графин быть лучше графена?". Мир физики. Институт Физики.
  7. ^ Малко, Даниэль; Нейсс, Кристиан; Виньес, Франческ; Гёрлинг, Андреас (24 февраля 2012 г.). «Конкуренция за графен: графины с конусами Дирака, зависящими от направления» (PDF). Phys. Rev. Lett. 108 (8): 086804. Bibcode:2012ПхРвЛ.108х6804М. Дои:10.1103 / PhysRevLett.108.086804. PMID  22463556.
  8. ^ Ширбер, Майкл (24 февраля 2012 г.). «Фокус: графин может быть лучше, чем графен». Физика. 5 (24): 24. Bibcode:2012PhyOJ ... 5 ... 24S. Дои:10.1103 / Физика.5.24.
  9. ^ Ван, Гаосюэ; Си, Минсу; Кумар, Ашок; Панди, Равиндра (26 мая 2014 г.). «Деформационная инженерия конусов Дирака в графине». Письма по прикладной физике. 104 (21): 213107. Bibcode:2014АпФЛ.104у3107В. Дои:10.1063/1.4880635.
  10. ^ Бардхан, Дебджиоти (2 марта 2012 г.). «Новый новый материал графин может составить серьезную конкуренцию графену». techie-buzz.com.
  11. ^ Картрайт, Дж. (1 марта 2012 г.). «Графин может быть лучше графена». news.sciencemag.org. Архивировано из оригинал 2 октября 2012 г.
  12. ^ "Графин лучше, чем графен?". Материалы сегодня. 5 марта 2012 г.
  13. ^ Ли, Госин; Ли, Юлянь; Лю, Huibiao; Го, Янбинь; Ли, Юнцзюнь; Чжу, Даобэнь (2010). «Архитектура графдиновых наноразмерных пленок». Химические коммуникации. 46 (19): 3256–3258. Дои:10.1039 / B922733D. PMID  20442882.
  14. ^ Бартоломей, Массимилиано; Кармона-Новильо, Эстела; Эрнандес, Марта I .; Кампос-Мартинес, Хосе; Пирани, Фернандо; Джорджи, Джакомо (2014). "Graphdiyne Pores:" специальные "отверстия для приложений разделения гелия". Журнал физической химии C. 118 (51): 29966–29972. arXiv:1409.4286. Дои:10.1021 / jp510124e.
  15. ^ Бартоломей, Массимилиано; Кармона-Новильо, Эстела; Эрнандес, Марта I .; Кампос-Мартинес, Хосе; Пирани, Фернандо; Джорджи, Джакомо; Ямасита, Коичи (2014). «Барьер проникновения воды через поры графинов: предсказания из первых принципов и оптимизация силового поля». Письма в журнале физической химии. 5 (4): 751–755. arXiv:1312.3179. Дои:10.1021 / jz4026563.