En ny strategi til syntese af krystallinske grafitiske nanobånd

Nyt arbejde fra et team af forskere ledet af Dr. Kuo Li og Haiyan Zheng fra Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) samarbejdede med Dr. Jing Ju fra Peking University og fandt trykinduceret polymerisation af 1, 4-diphenylbutadiyn producerer krystallinske grafitiske nanobånd. Deres undersøgelse giver en ny strategi til at syntetisere krystallinske bulk grafen nanobånd med atom-skala orden og kontrolleret bredde. Resultatet er offentliggjort for nylig i Journal of the American Chemical Society .

Grafiske nanobånd (GNR'er) er strimler af grafen, som har et ikke-nul båndgab og viser et stort potentiale for anvendelse inden for nanoskala elektroniske og optoelektroniske enheder. Båndgabet er lukket i forhold til dets bredde, rygrads- og kantstrukturer samt substitutioner på atomniveau. Dermed, syntesen af ​​atomisk præcise GNR'er er meget kritisk. 'bottom-up'-metoden, herunder den overfladeassisterede og opløsningsmedierede syntesemetode, er en attraktiv protokol til at konstruere GNR'erne med ønsket struktur. Imidlertid, disse to metoder er ikke egnede til at syntetisere krystallinske GNR'er i bulk.

En lovende tilgang til at opnå krystallinske produkter er topokemisk polymerisation i fast tilstand, som kan induceres i et begrænset krystalliseret miljø under ydre fysiske stimuli (lys, varme, tryk, etc.). Desværre, SSTP'ens reaktionstyper er begrænset til nogle få typer, såsom 1, 4-tillæg, [2+2] cycloaddition og azid-alkyn cycloaddition. De mest udbredte Diels-Alder (DA) og Dehydro-Diels-Alder (DDA) reaktioner til opbygning af en ny seksleddet carbocycle i opløsning ses næppe i faststofreaktion, fordi det er ekstremt udfordrende at opnå den rette orientering og afstand mellem en dien og en dienofil.

Trykinduceret polymerisation (PIP) har vist sine unikke fordele i syntesen af ​​forskellige nye krystallinske materialer, fordi tryk er den mest effektive måde at regulere krystalstrukturen på og komprimere den intermolekylære afstand af reaktanten. Ved at bruge in situ Raman og IR spektroskopi, forfatterne fandt, at PIP på 1, 4-diphenylbutadiyn (DPB) starter via en uventet DDA-reaktion med phenyl som dienofil i stedet for 1, 4-additionsreaktion mellem diynes. Ved at bruge flere banebrydende teknikker, forfatterne bekræftede, at produktet er krystallinske lænestols grafitiske nanobånd. Den har en grafen nanobåndstruktur med sp ³ -kulstof ved kanten. Vi kan forvente, at sp ³ kulstof kan omdannes til sp ² -carboner ved at miste brint og en veldefineret GNR-struktur med en klar lænestolskant og bredde på 1 nm vil blive produceret.

Desuden, forskerne udførte også in situ højtryks neutrondiffraktion for at udforske krystalstrukturen af ​​DPB ved reaktionstærskeltrykket (10 GPa), og den kritiske afstand af denne DDA-reaktion blev bestemt til 3,2 Å. Baseret på flere kvantitative afstande af de forskellige reaktive positioner før reaktion, de foreslog, at PIP er domineret af afstanden mellem reaktive positioner, som er forskellig fra opløsningsreaktionen domineret af de aktive af funktionelle grupper.