Karahvi (aine)

Karahvi ( eng.  graphyne ) on hiilen allotrooppinen muunnos , joka koostuu yhden atomin paksuisista litteistä hiilikerroksista , jotka ovat sp ja sp 2 -hybridisaatioissa [1] . Yksi dekantterin lajikkeista saatiin kokeellisesti [2] .

Löytöhistoria

Ensimmäistä kertaa oletukset karahvin olemassaolosta tehtiin vuonna 1968 [3] . Vuonna 1987 kvanttimekaanisilla laskelmilla esitettiin mahdollisuus litteiden hiilirakenteiden olemassaoloon, joissa puolella hiiliatomeista on sp-hybridisaatiota ja puolet -sp 2 -hybridisaatiota , ja rakennettiin ensimmäinen teoreettinen malli dekantterirakenteesta [4 ] . On myös ennustettu, että dekantteri on laajarakoinen puolijohde ja sillä on epälineaariset optiset ominaisuudet. Fullereenin [5] löytö vaikutti merkittävästi karahvin tutkimustoimintaan .

Vuonna 2010 grafiini-2 (kutsutaan myös grafiiiniksi) saatiin kokeellisesti käyttämällä in situ Glaser-reaktiota [2] .

Rakenne ja ominaisuudet

Sp-hybridisoitujen sidosten läsnäolon vuoksi dekantteri eroaa rakenteeltaan ja ominaisuuksiltaan merkittävästi muista hiilen allotrooppisista modifikaatioista [6] . Kolme dekantterirakennetta on mahdollista: α-dekantteri, jossa kaikki kolme sp 2 -hybridisoituneiden atomien sidosta viereisten atomien kanssa korvataan karbiiniketjuilla ( kolmoissidoksilla ), β-dekantteri, jossa kaksi sidosta korvataan, ja γ-dekantteri, jossa vain yksi side korvataan [1] [7] [8] . Grafdiiini on stabiilin hiilen allotrooppisista modifikaatioista, joita ei esiinny luonnossa, ja se sisältää diasetyleenisidoksia [9] .

Molekyylidynamiikkaa käyttäen laskettiin, että Youngin moduuli arkin tasossa on 532,5 GPa ja 629,4 GPa riippuen venytyssuunnasta [10] . Tiheysfunktionaalisen teorian perusteella elektronien liikkuvuus on 2 10 5 m 2 /( V s ) huoneenlämpötilassa ja reiän liikkuvuus on suuruusluokkaa pienempi; kaistaväli 0,46 eV . _

Kokeellisesti saatu dekantteri-2 on puolijohde, jonka ominaissähkönjohtavuus on 2,516·10 −4 S / m [2] .

Mahdolliset sovellukset

Karahvimetallia sisältäviä nanoputkia voidaan käyttää vedyn varastointiin [8] , erityisesti energian varastoinnin alalla , jossa vedyn varastoinnin ongelma on pullonkaula [11] . Dekantteriteippejä voidaan käyttää termo- ja nanoelektroniikassa [12] , ja dekanterilla on lineaarinen dispersiolaki varauksenkuljettajille (samanlainen kuin grafeeni ), mutta tiheysfunktionaalista teoriaa käyttävien laskelmien perusteella on mahdollisuus luoda nollasta poikkeava kaista. siinä ennustetaan aukkoa, mikä on erittäin vaikeaa grafeenin tapauksessa [13] . Myös dekantteria voidaan käyttää kaasujen erottamisessa , mikä liittyy dekantterin huokoisen rakenteen luonteeseen sidosten π-konjugaatiolla [6] .

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 E. A. Belenkov, V. V. Mavrinsky. Sp-sp2-hybridisoiduista atomeista koostuvien hiilifaasien kolmiulotteinen rakenne  // Proceedings of the Chelyabinsk Scientific Center Uro Ran. - 2006. - Ongelma. 2 . - S. 13-18 . — ISSN 1727-7434 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  2. ↑ 1 2 3 Guoxing Li, Yuliang Li, Huibiao Liu, Yanbing Guo, Yongjun Li. Grafdiyne nanomittakaavakalvojen arkkitehtuuri  (englanti)  // Chemical Communications. – 21.5.2010. — Voi. 46 , iss. 19 . — s. 3256–3258 . — ISSN 1364-548X . - doi : 10.1039/B922733D . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  3. ↑ Balaban, AT ja Rentia, Co C ja Ciupitu, E. Kemialliset graafit. 6. Alkuainehiilen useiden taso- ja kolmiulotteisten hilojen suhteellisen stabiilisuuden arvio // Revue Roumaine de Chimie. - Editura Academiei Romane, 1968. - Voi. 12, nro 2 .
  4. ↑ RH Baughman, H. Eckhardt, M. Kertesz. Rakenne-ominaisuusennusteet uusille tasomaisille hiilen muodoille: kerrostetut faasit, jotka sisältävät sp2- ja sp-atomeja  // The Journal of Chemical Physics. - 12.12.1987. - T. 87 , no. 11 . — S. 6687–6699 . — ISSN 0021-9606 . - doi : 10.1063/1.453405 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  5. ↑ Francois Diederich. Hiilitelineet: asetyleenisten hiilipitoisten ja hiilipitoisten yhdisteiden rakentaminen  (englanniksi)  // Luonto. - 1994-05. — Voi. 369 , iss. 6477 . — s. 199–207 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/369199a0 . Arkistoitu 16. lokakuuta 2020.
  6. ↑ 1 2 Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: synteesi, ominaisuudet ja sovellukset  (englanniksi)  // Chemical Society Reviews. - 2019-02-04. — Voi. 48 , iss. 3 . — s. 908–936 . — ISSN 1460-4744 . - doi : 10.1039/C8CS00773J . Arkistoitu 30. toukokuuta 2019.
  7. ↑ Viktor Viktorovich Mavrinsky, Tatyana Evgenievna Belenkova, Vladimir Mihailovich Chernov, Evgeny Anatolyevich Belenkov. Dekantterikerrosten polymorfisten lajikkeiden rakenne  // Tšeljabinskin valtionyliopiston tiedote. - 2013. - Ongelma. 25 (316) . — ISSN 1994-2796 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  8. ↑ 1 2 Jinlian Lu, Yanhua Guo, Yun Zhang, Yingru Tang, Juexian Cao. Vertaileva tutkimus vedyn varastoinnista metallikoristetuissa grafyyninanoputkissa ja grafiinin yksikerroksisissa kerroksissa  //  Journal of Solid State Chemistry. – 2015-11. — Voi. 231 . — s. 53–57 . - doi : 10.1016/j.jssc.2015.08.004 . Arkistoitu alkuperäisestä 29. joulukuuta 2019.
  9. ↑ Michael M. Haley, Stephen C. Brand, Joshua J. Pak. Dehydrobentsoannuleeneihin perustuvat hiiliverkostot: Graphdiyne Substructures synthesis  (englanniksi)  // Angewandte Chemie International Edition englanniksi. - 2.5.1997. — Voi. 36 , iss. 8 . — s. 836–838 . — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773 . - doi : 10.1002/anie.199708361 .
  10. ↑ Steven W. Cranford, Markus J. Buehler. Grafiikan mekaaniset ominaisuudet  // Hiili. – 11.11.2011. - 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 ja Graphdiyne: lupaavia materiaaleja nanoelektroniikka- ja energian varastointisovelluksiin  // 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. Thermal transport in graphyne nanoribbons  (englanti)  // Physical Review B. - 2012-06-19. — Voi. 85 , iss. 23 . — P. 235436 . — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X . - doi : 10.1103/PhysRevB.85.235436 .
  13. ↑ Bog G. Kim, Hyoung Joon Choi. Grafyyni: Kuusikulmainen hiiliverkosto monipuolisilla Dirac-kartioilla  (englanniksi)  // Physical Review B. - 21.9.2012. — Voi. 86 , iss. 11 . — P. 115435 . — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X . - doi : 10.1103/PhysRevB.86.115435 .