Аннотация:
Исследовательская группа из Гетеборгского университета в Швеции объявила, что они впервые успешно подготовили новый аллотроп углерода Diamondiyne, который ранее был лишь теоретической моделью. Этот прорыв означает, что после алмаза, графита, фуллерена, углеродных нанотрубок и графена появился новый член семейства углерода.
Углерод известен своими богатыми и разнообразными методами соединения, позволяющими ему образовывать разнообразные структуры с совершенно разными свойствами. Среди них алмаз известен своей чрезвычайно высокой твердостью, а графит мягкий и проводящий благодаря своей слоистой структуре. На протяжении десятилетий ученые открывали новые углеродные структуры, и Diamondiyne — последняя из успешно реализованных.
На самом деле существование Даймондияна впервые предсказали химики-теоретики 35 лет назад. Однако из-за сложной структуры и суровых условий формирования он не был подтвержден экспериментально, поэтому долгое время считался материалом, существующим только в теоретических расчетах.
Исследование возглавил Карл Бойесон, профессор физической химии Гетеборгского университета. Исследовательская группа наконец построила новую трехмерную кристаллическую структуру, соединив атомы углерода друг с другом тремя связями. Структура состоит из большого количества тетраэдрических единиц, соединенных друг с другом вершинами, образующими регулярную сеть в трехмерном пространстве.
По сравнению с традиционными бриллиантами, самой большой особенностью Diamondiyne является наличие внутри естественных пустот. Исследователи заявили, что эту структуру можно рассматривать как «пористый алмаз». Поскольку между тетраэдрами есть поры, материал имеет явные пористые характеристики.
Что еще более важно, создание Diamondiyne не требует условий чрезвычайно высокого давления, которые необходимы для образования природных алмазов. Исследовательская группа использовала относительно дешевое экспериментальное оборудование для создания чрезвычайно тонкой пленки на границе раздела, образованной контактом между двумя жидкостями, и успешно заставила атомы углерода расположиться желаемым образом.
Чтобы проверить подлинность структуры, исследователи в сотрудничестве с учеными из Стокгольмского университета и Технологического университета Чалмерса проанализировали материал с помощью современных электронных микроскопов. Результаты наблюдений показывают, что на некоторых участках поверхности пленки сформировалась повторяющаяся решетчатая структура, хорошо согласующаяся с теоретической моделью.
Исследовательская группа заявила, что они успешно наблюдали уникальный повторяющийся рисунок расположения Diamondiyne на крошечном участке с длиной стороны около 10 нанометров. Хотя масштаб по-прежнему очень ограничен, полученные изображения полностью соответствуют теоретическим предсказаниям, предоставляя убедительные доказательства существования этого нового материала.
Бойерсон сказал, что это достижение было завоевано с большим трудом. Поскольку в процессе сборки атомов углерода существует множество неопределенных факторов, которые могут привести к сбою, команда прошла длительный период исследований, прежде чем наконец нашла правильный метод подготовки. Он признался, что ему очень приятно видеть, как эта теоретическая структура становится реальностью собственными глазами.
Это исследование на самом деле является результатом долгосрочных исследований команды ковалентных органических каркасных материалов. В последние годы пористые материалы стали важным направлением исследований в материаловедении. Металлоорганические каркасы (МОФ), получившие Нобелевскую премию по химии 2025 года, являются важными достижениями в этой области, а Даймондийн продемонстрировал новые возможности для пористых материалов, полностью состоящих из углерода.
Ученые полагают, что, хотя до массового производства и практического применения еще предстоит пройти долгий путь, уникальная трехмерная пористая структура Diamondiyne позволяет использовать его в таких областях, как накопление энергии, батареи, электрокатализ, хранение газа и передовые электронные материалы в будущем.
От алмаза до графена и теперь, впервые в истории Diamondiyne, углерод продолжает демонстрировать удивительную структурную креативность. Исследователи полагают, что этот результат не только подтверждает давние теоретические предсказания, но и открывает новые направления исследований для разработки новых функциональных материалов.
Комментарии