Дефект Стоуна – Уэльса - Stone–Wales defect

Нафталин-фульвален fullcolor.png

А Дефект Стоуна – Уэльса это кристаллографический дефект что включает в себя изменение связи двух π-связанный углерод атомов, что приводит к их повороту на 90 ° относительно середины их связи.[1] Реакция обычно включает превращение между нафталин -подобную структуру в фульвален -подобная структура, то есть два кольца с общим ребром и два отдельных кольца, вершины которых связаны друг с другом.

Пиренский камень-Уэльс.png
Дефект Стоуна – Уэльса в 2D кремнезем (ОБД, посередине) и графен (внизу): модель и ТЕМ изображений.[2]

Реакция происходит на углеродные нанотрубки, графен, и аналогичные углеродные каркасы, где четыре соседних шестичленных кольца пирен -подобные области превращаются в два пятичленных кольца и два семичленных кольца, когда связь, объединяющая два соседних кольца, вращается. Считается, что в этих материалах перегруппировка имеет важные последствия для химических, электрических и механических свойств.[3] Перестановка является примером пирациклен перестановка.

История

Дефект назван в честь Энтони Стоун и Дэвид Дж. Уэльс на Кембриджский университет, который описал это в статье 1986 г.[4] на изомеризация из фуллерены. Однако подобный дефект был описан гораздо раньше. Питер Троуэр в статье о дефектах графит.[5] По этой причине термин Дефект Стоуна – Троуэра – Уэльса иногда используется.

Структурные эффекты

Дефекты были отображены с помощью сканирующая туннельная микроскопия[нужна цитата ] и просвечивающая электронная микроскопия[6] и может быть определена с помощью различных колебательная спектроскопия техники.[нужна цитата ]

Было предложено, чтобы слияние процесс фуллерены или углеродные нанотрубки могут возникать в результате последовательности таких перегруппировок.[нужна цитата ] Считается, что дефект ответственен за наноразмерные пластичность и хрупко-пластичные переходы в углеродных нанотрубках.[нужна цитата ]

Химические детали

В энергия активации поскольку простое движение атомов, которое дает вращение связей, проявляющееся в дефектах Стоуна – Уэльса, довольно велико - барьер в несколько электронвольт.[3][7] но различные процессы могут создавать дефекты при значительно более низких энергиях, чем можно было бы ожидать.[6]

Перестройка создает структуру с меньшим резонансная стабилизация среди зр2 вовлеченные атомы и выше энергия деформации в местной структуре. В результате дефект создает область с большей химической реакционной способностью, в том числе действующую как нуклеофил[нужна цитата ] и создание предпочтительного сайта для связывания с атомами водорода.[8] Высокое сродство этих дефектов к водороду в сочетании с большой площадью поверхности объемного материала может сделать эти дефекты важным аспектом при использовании углеродных наноматериалов для хранения водорода.[8] Включение дефектов вдоль сети углерод-нанотрубка может запрограммировать схему углерод-нанотрубка для повышения проводимости на определенном пути.[нужна цитата ] В этом сценарии дефекты приводят к делокализации заряда, которая перенаправляет входящий электрон по заданной траектории.

Рекомендации

  1. ^ Брейфиндли, Евангелина; Ирас, Эрика Э .; Кастро, Клэр; Карни, Уильям Л. (2015). "Перегруппировки Стоуна – Уэльса в полициклических ароматических углеводородах: компьютерное исследование". J. Org. Chem. 80 (8): 3825–3831. Дои:10.1021 / acs.joc.5b00066. PMID  25843555.
  2. ^ Björkman, T; Kurasch, S; Лехтинен, О; Котакоски, Дж; Язьев, О. В .; Шривастава, А; Скакалова, В; Smet, J. H .; Kaiser, U; Крашенинников, А.В. (2013). «Дефекты в двухслойном кремнеземе и графене: общие тенденции в различных гексагональных двумерных системах». Научные отчеты. 3: 3482. Bibcode:2013НатСР ... 3Э3482Б. Дои:10.1038 / srep03482. ЧВК  3863822. PMID  24336488.
  3. ^ а б Zhou, L.G .; Ши, Сань-Цян (2003). «Энергия образования дефектов Стоуна – Уэльса в углеродных нанотрубках» (PDF). Appl. Phys. Латыш. 83 (6): 1222–1225. Bibcode:2003АпФЛ..83.1222З. Дои:10.1063/1.1599961. HDL:10397/4230.
  4. ^ Stone, A.J .; Уэльс, Д. Дж. (1986). «Теоретические исследования икосаэдра C60 и некоторые родственные структуры ". Письма по химической физике. 128 (5–6): 501–503. Bibcode:1986CPL ... 128..501S. Дои:10.1016/0009-2614(86)80661-3.
  5. ^ Троуэр, П.А. (1969). «Исследование дефектов графита с помощью просвечивающей электронной микроскопии». Химия и физика углерода. 5: 217–320.
  6. ^ а б Kotakoski, J .; Meyer, J.C .; Kurasch, S .; Santos-Cottin, D .; Kaiser, U .; Крашенинников, А. В. (2011). «Превращения типа Стоуна – Уэльса в углеродных наноструктурах под действием электронного облучения». Phys. Ред. B. 83 (24): 245420–245433. arXiv:1105.1617. Bibcode:2011PhRvB..83x5420K. Дои:10.1103 / PhysRevB.83.245420.
  7. ^ Фаулер, Патрик В .; Бейкер, Джон (1992). «Энергетика превращения пирацилена Стоуна – Уэльса». J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 (10): 1665–1666. Дои:10.1039 / P29920001665.
  8. ^ а б Летарди, Сара; Селино, Массимо; Клери, Фабрицио; Розато, Витторио (2002). «Адсорбция атомарного водорода на дефекте Стоуна – Уэльса в графите». Наука о поверхности. 496 (1–2): 33–38. Bibcode:2002СурСк.496 ... 33Л. Дои:10.1016 / S0039-6028 (01) 01437-6.

внешняя ссылка