Stabiliteitsproblemen van relevante grafeenderivaten oplossen

In de afgelopen decennia is een nieuwe synthetische benadering ontwikkeld, in het algemeen aangeduid als “on-surface synthese”, die wezenlijk afwijkt van de standaard natte chemie. In plaats van de driedimensionale ruimte van oplosmiddelen in de laatste, zijn de omgeving van de reactanten in deze nieuwe benadering goed gedefinieerde tweedimensionale vaste oppervlakken die doorgaans onder vacuümomstandigheden worden gehouden. Deze verschillen hebben de succesvolle synthese mogelijk gemaakt van een grote verscheidenheid aan moleculaire structuren die niet met conventionele middelen konden worden verkregen.

Onder de structuren die bijzondere belangstelling wekken, vinden we koolstof-nanostructuren met zigzagvormige randen, die de materialen opwindende elektronische en zelfs magnetische eigenschappen geven die van potentieel belang zijn voor een grote verscheidenheid aan toepassingen, waaronder kwantumtechnologieën.

Een belangrijk nadeel van deze materialen is echter dat ze vaak onvoldoende chemische stabiliteit hebben om blootstelling aan lucht te weerstaan. Daarom worden omgevingen zoals vacuüm gebruikt om de synthese mogelijk te maken. Helaas moeten deze structuren voor hun uiteindelijke implementatie in echte apparaten worden gemanipuleerd en uit het vacuüm worden overgebracht, wat de materialen zou aantasten en daardoor hun potentiële gebruik in gevaar zou brengen.

Dit roept de noodzaak op om nieuwe strategieën te bedenken voor de fabricageprocessen van apparaten. In de conventionele chemie worden vaak beschermings-/deprotectiestrategieën toegepast om stabiliteitsproblemen te overwinnen. Het moest echter nog worden getest of dergelijke strategieën voor beschermingschemie ook zouden kunnen worden toegepast in “on-surface synthese”.

In dit werk heeft een internationaal team van DIPC en CFM (CSIC-UPV/EHU) in San Sebastian, CIQUS-Universidade de Santiago de Compostela, Czech Academy of Sciences (Praag), Palacký University (Olomouc), Ikerbasque (Baskenland) en CINN (CSIC-UNIOVI-PA) in El Entrego, voerde dergelijke tests uit met smalle strepen van grafeen-nanoribbons met een grote dichtheid van zigzagvormige randen. Het werk, nu gepubliceerd in Natuurchemiepresenteert twee gerelateerde maar complementaire methoden om de beschermings- / ontschermingsstrategie toe te passen op de reactieve zigzagrandsegmenten van nanografenen.

In het bijzonder hebben ze het gebruik van atomaire waterstof aangetoond als middel om het nanogestructureerde grafeen te beschermen tegen de oxiderende effecten van de atmosfeer. Daarna werden de nanostructuren gemakkelijk gedehydrogeneerd en via gloeien weer in hun oorspronkelijke vorm omgezet. Een alternatieve benadering stelde hen verder in staat om een ​​luchtstabiele, chemisch gemodificeerde vorm van de grafeen-nanostructuren met beschermende keton-zijgroepen om te zetten in de moleculen van belang.

De implicaties van deze resultaten zijn verstrekkend. De aangetoonde beschermings- / ontschermingsstrategie zal naar verwachting op dezelfde manier van toepassing zijn op grafeennanostructuren met zigzagrandsegmenten die verschillen van de hier onderzochte. Het opent dus nieuwe deuren voor het bedenken van benaderingen om koolstofnanostructuren in apparaten te integreren en kan daardoor de exploitatie van de unieke kenmerken van hun zigzagranden een stap dichter bij schaalbare toepassingen brengen, een grote wetenschappelijke uitdaging die de natuurkunde, scheikunde en materiaalwetenschap doorkruist. en techniek.