Проблема стабільності відповідних похідних графену

У новому дослідженні проведено випробування з вузькими смужками графенових нанониток, що мають велику щільність зиґзаґоподібних країв, і продемонстровано використання атомарного водню як засобу захисту наноструктурованого графену від окислювальної дії атмосфери.

В останні десятиліття був розроблений новий синтетичний підхід, який отримав загальну назву "синтез на поверхні", що істотно відрізняється від стандартної мокрої хімії. Замість тривимірного простору розчинників в останній, середовищем реагентів в цьому новому підході є чітко окреслені двовимірні тверді поверхні, які зазвичай утримуються в умовах вакууму. Ці відмінності дозволили успішно синтезувати велику кількість різноманітних молекулярних структур, які не могли бути отримані звичайними методами.

Серед структур, які викликають особливий інтерес, можна виділити вуглецеві наноструктури з зигзагоподібними краями, які наділяють матеріали цікавими електронними та навіть магнітними властивостями, що становлять потенційний інтерес для широкого спектру застосувань, які включають квантові технології.

Важливим недоліком цих матеріалів, однак, є те, що вони часто не мають достатньої хімічної стабільності, щоб протистояти впливу повітря. Саме тому для їх синтезу використовують такі середовища, як вакуум. На жаль, для остаточної реалізації в реальних пристроях ці структури потребують маніпуляцій та перенесення з вакууму, що може призвести до деградації матеріалів і, отже, поставити під загрозу їх потенційне використання.

Це призводить до необхідності розробки нових стратегій для процесів виготовлення пристроїв. У традиційній хімії для подолання проблем стабільності зазвичай застосовуються стратегії захисту/депротекції. Однак залишалося перевірити, чи можуть такі захисні хімічні стратегії також застосовуватися в "поверхневому синтезі".

У новій роботі, міжнародна команда провела такі випробування з вузькими смужками графенових нанониток, що мають велику щільність зиґзаґоподібних країв. У роботі, опублікованій в журналі Nature Chemistry, представлено два пов'язаних, але взаємодоповнювальних методів застосування стратегії захисту/депротекції до реактивних зиґзаґоподібних крайових сегментів нанографенів.

Зокрема, продемонстровано використання атомарного водню як засобу захисту наноструктурованого графену від окислювальної дії атмосфери. Після цього наноструктури легко дегідрогенізуються та повертаються до початкової форми за допомогою відпалу. Альтернативний підхід дозволив перетворити повітряно-стабільну, хімічно модифіковану форму графенових наноструктур із захисними кетонними бічними групами в молекули, що цікавлять дослідників.

Наслідки цих результатів є далекосяжними. Очікується, що продемонстрована стратегія захисту/депротекції може бути аналогічно застосована до графенових наноструктур із зиґзаґоподібними крайовими сегментами, відмінними від досліджуваних тут. Таким чином, це відкриває нові двері для концепції підходів до інтеграції вуглецевих наноструктур у пристрої і, таким чином, може наблизити використання унікальних характеристик їхніх зиґзаґоподібних країв до масштабованих застосувань, що є великим науковим викликом, який пронизує фізику, хімію, матеріалознавство та інженерію.

на русском языке