Давно предполагаемый чудо-материал графин был впервые создан

Более десяти лет ученые безуспешно пытались синтезировать новую форму углерода под названием графин. Теперь это удалось сделать благодаря новому исследованию ученых из Университета Колорадо в Боулдере.

Графин уже давно представляет интерес для ученых из-за его сходства с «чудо-материалом» графеном — еще одной формой углерода, которая высоко ценится в промышленности, и чье исследования даже были удостоены Нобелевской премии по физике в 2010 году. Однако, несмотря на десятилетия работы, до сих пор было создано лишь несколько фрагментов.

Новое исследование, анонсированное в журнале Nature Synthesis, заполняет давний пробел в науке об углеродных материалах, потенциально открывая совершенно новые возможности для исследования электроники, оптики и полупроводниковых материалов.

«Вся аудитория, вся область исследований действительно взволнованы тем, что эта давняя проблема или этот воображаемый материал наконец-то реализуются», — сказал Йиминг Ху, ведущий автор исследования.

Ученые давно интересовались созданием новых аллотропов углерода или форм углерода из-за его полезности для промышленности, а также из-за его универсальности.

Существуют различные способы построения аллотропов углерода в зависимости от того, как sp2, sp3 и sp-гибридизованный углерод (или различные способы, которыми атомы углерода могут связываться с другими элементами) и их соответствующие связи используются.

Наиболее известными аллотропами углерода являются графит (используемый в таких инструментах, как карандаши и батарейки) и алмазы, которые созданы из углерода sp2 и углерода sp3 соответственно.

Используя традиционные химические методы, ученые на протяжении многих лет успешно создавали различные аллотропы, в том числе фуллерен (за открытие которого в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии) и графен.

Однако эти методы не позволяют синтезировать различные типы углерода вместе в какой-либо большой емкости, как то, что требуется для графина.

Создание графина — это «действительно старый, давний вопрос, но, поскольку синтетические инструменты были ограничены, интерес упал», — говорит Йиминг Ху. «Мы снова подняли проблему и использовали новый инструмент для решения старой проблемы, которая действительно важна».

Использование процесса, называемого метатезисом алкинов, который представляет собой органическую реакцию, влекущую за собой перераспределение или разрезание и преобразование химических связей алкинов (тип углеводорода, по крайней мере, с одной тройной ковалентной связью углерод-углерод), а также термодинамику и кинетический контроль, ученых группа смогла успешно создать то, что никогда не было создано ранее: материал, который может соперничать по проводимости с графеном.

«Есть довольно большая разница (между графеном и графином), но в хорошем смысле», — говорят исследователи. «Это может быть чудо-материал следующего поколения. Вот почему люди очень взволнованы».

Несмотря на то, что материал был успешно создан, команда все еще хочет изучить его конкретные детали, в том числе то, как создать материал в больших масштабах и как им можно манипулировать.

«Мы действительно пытаемся исследовать этот новый материал в нескольких измерениях, как экспериментально, так и теоретически, от атомного уровня до реальных устройств», — говорит Вэй Чжан, автор исследования, о следующих шагах.

Эти усилия, в свою очередь, должны помочь в выяснении того, как электронно-проводящие и оптические свойства материала могут быть использованы для промышленных приложений, таких как литий-ионные батареи.

«Мы надеемся, что в будущем мы сможем снизить затраты и упростить процедуру реакции, и тогда люди смогут получить реальную пользу от наших исследований», — говорят ученые.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Synthesis.