Investigadores sintetizan «Holey-Graphyne» bidimensional

Investigadores sintetizan «Holey-Graphyne» bidimensional


El diamante y el grafito, dos alótropos de carbono naturales, se conocen desde hace miles de años. Son carbonos elementales dispuestos para contener átomos de carbono hibridados sp3 y sp2, respectivamente.

Grafeno perforado fabricado con un enfoque tradicional de arriba hacia abajo. El tamaño y la distribución de los agujeros producidos son desiguales. Créditos de las fotos: Instituto de Investigaciones Básicas.

Los materiales de carbono alotrópico como el grafeno, los nanotubos de carbono, los fullerenos, el grafeno y el grafdiino se han descubierto recientemente y han revolucionado la ciencia moderna de los nanomateriales. Debido a sus atractivas propiedades, la investigación del grafeno ha mejorado enormemente la química y la física modernas.

Debido a sus propiedades ejemplares de movilidad de electrones, el grafeno ha sido aclamado como un material maravilloso con el potencial de revolucionar la industria de los semiconductores. A pesar de la exageración, todavía queda un largo camino por recorrer desde la era del silicio hasta la del grafeno.

El uso de grafeno en electrónica se complica por su estructura electrónica sin banda prohibida. Esto hace que los transistores basados ​​en grafeno sean imposibles de apagar, lo que limita su uso en la industria de los semiconductores. Si bien el dopaje o la funcionalización del grafeno pueden ayudar a aliviar este problema, también existe un gran interés en encontrar nuevos alótropos de carbono 2D con propiedades semiconductoras excepcionales, como una banda prohibida de energía adecuada y alta movilidad.

Los científicos descubrieron recientemente que al crear muchos agujeros en la estructura del grafeno o los óxidos de grafeno, pueden darle muchas propiedades similares a las de los semiconductores. “Holey Graphene” es el nombre de este nuevo tipo de material.

En comparación con el grafeno, el grafeno γ o el grafeno, el grafeno perforado presenta enlaces sp no lineales y una estructura conjugada π especial, que ofrece aplicaciones prometedoras en optoelectrónica, separación de gases, generación de energía, tratamiento de agua, catálisis, sensores y relacionados con la energía. los campos.

El grafeno perforado solo se ha fabricado en laboratorios sintetizando primero el grafeno y luego perforando muchos agujeros en la estructura a través de un tratamiento físico, químico o hidrotérmico. Sin embargo, debido a que el tamaño y la distribución de los «agujeros» son desiguales y difíciles de controlar, un enfoque de producción de arriba hacia abajo tiene sus limitaciones.

Investigadores del Centro de Física Integrada de Nanoestructuras del Instituto de Ciencias Básicas (CINAP), dirigidos por el Director Asociado Hyoyoung Lee, desarrollaron un enfoque de abajo hacia arriba para desarrollar dicho material. El equipo desarrolló un método para construir topológicamente material de carbono 2D átomo por átomo por primera vez.

El grupo denominó este novedoso material bidimensional monocristalino holey-graphyne (HGY). HGY consiste en un patrón de anillos octogonales hexagonales y altamente tensos con un porcentaje igual de átomos de carbono hibridados sp2 y sp conectados alternativamente entre anillos de benceno y enlaces C≡C.

Nos inspiramos en una molécula intrigante, la dibenzociclooctadiina, sintetizada por primera vez en 1974 por Sondheimer y colaboradores. En el dibenzociclooctadiino, dos anillos de benceno aromáticos están unidos por dos enlaces acetilénicos doblados, lo que da como resultado un anillo de ocho miembros muy tenso. Esta emocionante molécula nos inspiró para diseñar y sintetizar el nuevo alótropo de carbono, una versión del material, Holey-Graphine..

Hyoyoung Lee, Director Asociado, Centro de Física Integrada de Nanoestructuras, Instituto de Ciencias Básicas

Los investigadores produjeron el HGY monocristalino ultrafino a partir de la sustancia básica 1,3,5-tribromo-2,4,6-trietinilbenceno. El HGY delgado monoatómico se generó mezclando agua y diclorometano en la interfaz de dos sistemas solventes. El nuevo HGY tiene una brecha de banda directa de alrededor de 1,1 eV y una buena movilidad de portadora calculada, lo que lo hace más adecuado para su uso como semiconductor.

Este descubrimiento no solo demuestra la primera síntesis de HGY monocristalino ultrafino, sino que también presenta un nuevo concepto para el diseño y la fabricación de un tipo novedoso de alótropos de carbono 2D. La aplicación futura de HGY en la industria de los semiconductores debería allanar el camino para una nueva generación de productos electrónicos mucho más allá de la era del silicio.

Referencia de la revista:

Liu, X. y otros. (2022) Construcción de gráficos perforados bidimensionales con extensión π anulativa inusual. materia. doi.org/10.1016/j.matt.2022.04.033.

Fuente: https://www.ibs.re.kr/eng.do/

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