Sciencemag.cz
Doporučujeme
V zajímavé 2D síti se střídají osmiúhelníky, šestiúhelníky a čtverce. Nově připravená modifikace uhlíku byla označena jako bifenylen, respektive bifenylenová síť. Připravili ji vědci z německé University of Marburg a finské Aalto University. Výsledek vyšel z teoretických úvah a simulací, které ukazovaly, že stabilních forem 2D uhlíku by mohla existovat celá řada. Všechny přitom mají s grafenovými šestiúhelníky společné to, že každý atom uhlíku se váže vždy na 3 sousedy. Strukturu bifenylenové sítě se následně podařilo zobrazit pomocí mikroskopie skenovací sondou (SPM – Scanning Probe Microscopy) s vysokým rozlišením.
Bifenylen se od grafenu podstatně liší svými elektrickými vlastnostmi. Úzké pruhy sítě, široké pouze 21 atomů, se chovají jako kov, zatímco grafen je při této velikosti polovodič. Pruhy bifenylenu by se proto v budoucí uhlíkové elektronice mohly používat v roli (nano)drátů. Hlavní autor studie Qitang Fan z University of Marburg uvádí, že z bifenylenové sítě by také mohla být vyráběna anoda Li-Ion baterií. Oproti grafitu, ale i anodám na bázi grafenu, by takové baterie mohly mít větší kapacitu – bifenylenová elektroda by dokázala navázat více lithia.
Co se týče samotné přípravy materiálu: základní reakce stojí na spojování uhlíkových molekul na extrémně hladkém zlatém povrchu. Nejprve vznikly řetězce ze šestiúhelníků („grafenové“), následná reakce je pak ale dokázala spojit tak, aby se mezi nimi vytvářely namísto dalších šestiúhelníků propojovací čtverce a osmiúhelníky (k tomu je také třeba použít jiné původní uhlíkové molekuly, než by vedly ke vzniku grafenu). Řetězce uhlíku jsou chirální (levo a pravotočivé), spojují se pouze stejné optické izomery. Ze směsi obou izomerů vznikne zase síť běžného grafenu.
Dalším cílem výzkumu je příprava větších listů bifenylenové sítě. Ta ovšem slouží současně jen jako příklad, že vedle grafenu může existovat i řada dalších 2D forem uhlíku.
Bifenylen: ve spodní části skutečný obrázek struktury získaný pomocí mikroskopu s vysokým rozlišením. Credit. University of Marburg, Aalto University
Biphenylene network: A nonbenzenoid carbon allotrope. Science, DOI: 10.1126/science.abg4509
Zdroj: Aalto University / Phys.org
Poznámky PH:
Samotný „původní“ bifenylen coby organická sloučenina, tj. dvě benzenová jádra, ovšem mezi nimi „čtvereček“ (tj. na rozdíl od naftalenu jde o 2 propojená jádra, která nesdílejí dvojici uhlíků, atomů uhlíku je 12), je zajímavý tím, že jde o jednu z tzv. antiaromatických sloučenin. Antiaromatické sloučeniny mají podobně jako ty aromatické delokalizované pí elektrony, ty však v tomto případě molekulu naopak destabilizují.
Zdá se ale, že grafen je z 2D forem uhlíku „nejpřirozenější“, viz výše řada triků, které jsou potřeba, aby při přípravě nevznikl grafen. Když k tomu připočteme, že i výroba grafenu v průmyslovém měřítku je zatím stále trochu problém, pak z toho vyplývá, že s dalšími variantami 2D uhlíku bude všechno ještě obtížnější. (Navíc by se mohlo ukázat, že se tyto modifikace budou na grafen i samovolně přeměňovat…?)
