Graphen, ein Cousin von Graphen, wurde endlich in großen Mengen hergestellt

Graphen, das aus hexagonalen Ringen von Kohlenstoffatomen besteht, wird seit seiner Erfindung vor 17 Jahren als „Wundermaterial“ bezeichnet. Seine Entwicklung wurde 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet, und Dutzende, vielleicht Hunderte von Anwendungen werden noch untersucht.

Seit mindestens sechzig Jahren stellen sich Wissenschaftler ein Format vor, das mit Kohlenstoffatomen verwandt ist und sie Graphen nennen, und das Interesse ist gewachsen, seit Graphen hergestellt wurde. Versuche, Graphen herzustellen, haben jedoch mikroskopische Mengen produziert, die nicht groß genug sind, um großflächige Verhaltensweisen zu zeigen.

Eine Ankündigung in Nature Synthesis über einen zuverlässigen Weg zur Herstellung von Graphen änderte dies.

Kohlenstoff hat eine beispiellose Fähigkeit, die Basis komplexer Moleküle zu bilden, die es an sich selbst und andere Elemente binden. Aus diesem Grund sind wir (und alle anderen Lebensformen, die wir kennen) aus Molekülen mit Kohlenstoffgerüst aufgebaut, auch wenn wir mehr Sauerstoff- und Wasserstoffatome haben. Auch reiner Kohlenstoff kann sich ganz anders anordnen – in der Natur repräsentiert durch Graphit, Ruß und Diamant.

Alternative Kohlenstoffstrukturen – selten oder nicht in der Natur zu finden – umfassen kugelförmige oder zylindrische Fullerene, deren zufällige Herstellung 1996 den Nobelpreis für Chemie gewann und als potenzielle Geisterstrahler für Krebszellen untersucht werden. In letzter Zeit haben die Stärke und elektrische Leitfähigkeit von Graphen es neben vielen anderen Möglichkeiten zu einem Kandidaten für kugelsichere Westen und Batterien gemacht.

Graphen ist Graphen in mehr als einem Namen ähnlich – beide sind Kohlenstoffschichten, die ein Atom dick sind. Da Graphen jedoch eine einfache wabenförmige Struktur hat, die aus sich unendlich wiederholenden sechseckigen Ringen besteht, ist Graphen komplexer. Statt dass die Benzolringe direkt aneinander stoßen, weichen die Benzolringe voneinander ab und sind durch Alkenbindungen miteinander verbunden, bei denen zwei Kohlenstoffatome eine dreifach kovalente Bindung (sechs Elektronen) miteinander eingehen.

Wie besteht Graphen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffringen? Bildnachweis: Hu et al. / Nature Synthesis

Graphen leitet Elektronen außergewöhnlich schnell, aber in alle Richtungen, während die Leitfähigkeit von Graphen voraussichtlich nur die gewünschte Richtung steuern kann. Theoretische Modelle deuten auch darauf hin, dass Graphen in der Lage ist, lokalisierte elektrische Felder zu bilden, die als Dirac-Kegel bekannt sind. Die durch diese Methoden erzeugten elektrischen Effekte können so modifiziert werden, dass Graphen für Transistoren oder Solarzellen effizienter wird als erwartetes Graphen.

Nichts ist jedoch nützlich, wenn Sie es nicht erreichen können, und die Hoffnungen auf Graphen sind bisher an diesen Felsen festgefahren. Dr. Yiming Hu, der kürzlich seinen Abschluss an der University of Colorado, Boulder, gemacht hat, und Co-Autoren ändern dies, indem sie die Alkenreaktion verwenden, eine Reaktion, die Alkenbindungen neu verteilt. Die doppelt ausgetauschte Alkinreaktion ist reversibel, was den Weg für eine viel größere Flexibilität bei der Materialherstellung ebnet.

„Das gesamte Publikum, das gesamte Fachgebiet ist wirklich aufgeregt, dass dieses langjährige Problem oder dieses fantastische Material endlich wahr wird“, sagte Hu in einer Erklärung.

„Es gibt einen sehr großen Unterschied [between graphene and graphyne] Aber auf eine gute Art und Weise“, sagte Professor Wei Zhang von der University of California, Boulder, obwohl diese Unterschiede bisher weitgehend auf theoretischen Modellen und nicht auf Experimenten beruhten.

Der Prozess ist immer noch kompliziert und teuer. Das Team ist bestrebt, beides anzugehen, und wenn dies nicht möglich ist, sind die Anwendungen möglicherweise begrenzt. Inzwischen reicht das beschriebene Verfahren jedoch aus, um die für die Forschung benötigten Mengen herzustellen, um die Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Graphen zu erforschen.

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