Группа исследователей из Университета Нагои, Япония, разработала новый метод быстрого и эффективного синтеза нанографенов-типа наноуглерода с большим потенциалом в качестве материала следующего поколения.

Нанографены-это составные структуры графена, представляющего собой лист атомов углерода толщиной около 3 нанометров, обладающий особым потенциалом для использования в разработке полупроводников, обладающий подвижностью электронов в несколько сотен раз лучше, чем материалы текущего поколения. Графен был впервые выделен в 2004 году, и это открытие получило Нобелевскую премию по физике 2010 года, что сделало его совершенно новым материалом и в настоящее время является предметом большого количества исследований.

Обладая магнитными и электрическими характеристиками, превосходящими характеристики графена, нанографены в равной степени представляют интерес для ученых в области исследований наноуглеродов. Самым большим препятствием, хотя и захватывающим, с которым сталкиваются исследователи, является огромное количество потенциальных нанографенов. Количество потенциально возможных нанографеновых структур увеличивается с увеличением количества бензольных колец (6 атомов углерода в гексагональном образовании), из которых они состоят. Например, даже относительно небольшой нанографен с 10 бензольными кольцами может иметь до 16 000 вариантов. Поскольку каждый нанографен обладает различными физическими характеристиками, ключом к прикладным исследованиям нанографена является выявление взаимосвязи между структурой и характеристиками как можно большего числа нанографенов.

Таким образом, задача ученых-создать библиотеку нанографенов, содержащую данные о свойствах как можно большего числа нанографенов. Однако нынешний метод синтеза нанографена, известный как реакция сцепления, представляет собой многоступенчатый процесс, в ходе которого получается один нанографен. Таким образом, для создания библиотеки 100 нанографенов необходимо было бы провести 100 отдельных реакций сцепления. Даже это было бы значительным мероприятием, делающим создание действительно всеобъемлющей библиотеки нанографенов практически невозможным.

Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа Университета Нагои, возглавляемая профессором Кеничиро Итами, работала над реакцией APEX, реакцией, в которой полициклические ароматические углеводороды используются в качестве шаблонов для синтеза нанографенов. Полициклические ароматические углеводороды имеют три области своей структуры—известные как область К, область М и область залива,—которые могут быть удлинены в реакции АПЕКСА, образуя три нанографена. Эти нанографены затем могут быть дополнительно удлинены во второй реакции, что означает, что большое количество нанографенов может быть синтезировано из одной полициклической молекулы-шаблона ароматических углеводородов.

Поскольку группа профессора Итами уже разработала реакцию ВЕРШИНЫ региона К, а другая группа ученых сделала это для региона залива, они обратили свое внимание на регион М. Они активировали М-область, используя реакцию Дильса-Альдера, получившую Нобелевскую премию 1950 года, и преуспели в проведении реакции удлинения в активированной М-области, тем самым обеспечив все три возможных участка на полициклических ароматических углеводородах, способных синтезировать нанографены.

Исследователи смогли получить 13 нанографенов с тремя ВЕРШИННЫМИ реакциями, причем большинство из них являются ранее невидимыми структурами, что доказало как эффективность, так и полезность этого нового метода.

Это захватывающее новое исследование и его потенциал для ускорения создания библиотек нанографенов являются шагом на пути к разработке материалов следующего поколения, которые могут революционизировать полупроводники и солнечную энергию и улучшить жизнь во всем мире.

ИСТОЧНИК