Проблема стабильности соответствующих производных графена

В новом исследовании проведено испытание с узкими полосками графеновых нанонитей, имеющих большую плотность зигзагообразных краев, и продемонстрировано использование атомарного водорода как средства защиты наноструктурированного графена от окислительного действия атмосферы.

В последние десятилетия был разработан новый синтетический подход, получивший общее название "синтез на поверхности", существенно отличающийся от стандартной мокрой химии. Вместо трехмерного пространства растворителей в последней, средой реагентов в этом новом подходе являются четко очерченные двумерные твердые поверхности, которые обычно удерживаются в условиях вакуума. Эти отличия позволили успешно синтезировать большое количество разнообразных молекулярных структур, которые не могли быть получены обычными методами.

Среди структур, вызывающих особый интерес, можно выделить углеродные наноструктуры с зигзагообразными краями, которые наделяют материалы интересными электронными и даже магнитными свойствами, представляющими потенциальный интерес для широкого спектра применений, включающих квантовые технологии.

Важным недостатком этих материалов, однако, является то, что они часто не имеют достаточной химической стабильности, чтобы противостоять воздействию воздуха. Именно поэтому для их синтеза используют такие среды, как вакуум, для их синтеза. К сожалению, для окончательной реализации в реальных устройствах эти структуры требуют манипуляций и переноса из вакуума, что может привести к деградации материалов и, следовательно, поставить под угрозу их потенциальное использование.

Это приводит к необходимости разработки новых стратегий для процессов изготовления устройств. В традиционной химии для преодоления проблем стабильности обычно применяются стратегии защиты/депротекции. Однако оставалось проверить, могут ли такие защитные химические стратегии также применяться в "поверхностном синтезе".

В новой работе, международная команда провела такие испытания с узкими полосками графеновых нанонитей, имеющих большую плотность зигзагообразных краев. В работе, опубликованной в журнале Nature Chemistry, представлены два связанных, но взаимодополняющих метода применения стратегии защиты/депротекции к реактивным зигзагообразным краевым сегментам нанографенов.

В частности, продемонстрировано использование атомарного водорода как средства защиты наноструктурированного графена от окислительного действия атмосферы. После этого наноструктуры легко дегидрогенизируются и возвращаются к исходной форме с помощью отжига. Альтернативный подход позволил превратить воздушно-стабильную, химически модифицированную форму графеновых наноструктур с защитными кетонными боковыми группами в интересующие исследователей молекулы.

Последствия этих результатов являются далеко идущими. Ожидается, что продемонстрированная стратегия защиты/депротекции может быть аналогично применена к графеновым наноструктурам с зигзагообразными краевыми сегментами, отличными от исследуемых здесь. Таким образом, это открывает новые двери для концепции подходов к интеграции углеродных наноструктур в устройства и, таким образом, может приблизить использование уникальных характеристик их зигзагообразных краев к масштабируемым применениям, что является большим научным вызовом, который пронизывает физику, химию, материаловедение и инженерию.

українською мовою