Автор AZoNano 2 апреля 2021 г.

]

Существующая технология производства углеродных нанотрубок – обычно обернутых листов графена – не позволяет полностью контролировать их длину, диаметр и тип.

Недавно эта проблема была решена для двух из трех различных типов нанотрубок. Однако третий тип, называемый «зигзагообразными» нанотрубками, пока недоступен. Теперь ученые из Национального института естественных наук Японии (NINS) открыли, как синтезировать зигзагообразную разновидность

.

Новый метод был объяснен в статье, опубликованной 25 января ^-го 2021 года в журнале Nature Chemistry .

Углерод проявляет особую способность объединяться с другими атомами для образования молекул, поэтому, когда он соединяется с самим собой, он может делать это несколькими структурно разными способами (например, графит и алмазы) с различными свойствами.

За последние несколько десятилетий были созданы такие формы, как графен – слой углерода толщиной в один атом, образованный из гексагональной сотовой решетки. Полый графеновый цилиндр, называемый нанотрубкой, является еще одной из таких различных форм, или «аллотропов».

В этой сотовой решетке, когда шестиугольники углерода в нанотрубке собираются вместе, они образуют хиральную, зигзагообразную или «кресельную» конфигурацию. Термин «зигзаг» используется для конфигурации, в которой «путь» каждой молекулярной связи между атомами углерода направлен сначала влево на 60 °, затем вправо на 60 °, затем влево на 60 °, затем снова вправо на 60 ° – зигзагообразный узор.

Термин «кресло» обозначает путь, который дважды сдвигается влево, а затем дважды вправо, прежде чем шаблон повторяется. Эта тропа внешне напоминает кресло, отсюда и название. Третий вид, называемый хиральным, попадает между двумя формами вместе с его зеркальным отображением.

Если использовать нож, чтобы разрезать такие трубки дважды по горизонтали относительно продольной оси, можно получить «пояс» из нанотрубок, состоящий из 12 углеродных шестиугольных колец. Такой пояс называется «нанолентой».

Меры, принятые для производства таких нанолент, были предметом многих научных исследований. Это связано с недостатками традиционного производства нанотрубок, которое принимает так называемую «нисходящую» форму. Нисходящее производство включает измельчение большой массы углерода в порошок, после чего нанотрубки случайным образом развиваются в одну или несколько из трех типов конфигурации.

Проблема в том, что вы не можете контролировать, какой тип конфигурации формируется, или диаметр, или даже длину. Но если вы можете построить нанотрубку снизу вверх, из «семени» наноленты, тогда вы будете контролировать все эти три аспекта .

Ясутомо Сегава, автор исследования, Институт молекулярных наук, Национальный институт естественных наук

В более раннем исследовании, проведенном в 2019 году, можно было создать хиральные и кресельные наноленты, но не третий тип – зигзагообразные наноленты.

Впервые исследователи NINS смогли разработать зигзагообразный нанопояс. Основным аспектом подхода к синтезу нанолент было соединение гексагональных колец атомом кислорода (добавление оксанорборнадиенового звена). Затем они могли использовать рентгеновскую кристаллографию, чтобы убедиться, что эта структура, предсказанная теоретическими расчетами, определенно развивается в реальном мире.

Благодаря синтезу наноленты третьего типа, в настоящее время в принципе доступны все три типа нанотрубок – зигзагообразные, хиральные и кресельные. Это огромный шаг в направлении производства углеродных нанотрубок по принципу «снизу вверх» на заказ.

Следующим шагом является расширение этого доказательства принципа до фактического структурно-селективного восходящего производства углеродных нанотрубок путем синтеза углеродных нанотрубок с использованием их нанолент в качестве затравки.

Ссылка на журнал:

Cheung, K. Y., и др. . (2021) Синтез зигзагообразного углеродного нанопояса. Природа Химия . doi.org/10.1038/s41557-020-00627-5.

Источник: https://www.nins.jp/en/[19459008visible