El diamante y el grafito son dos alótropos de carbono naturales que conocemos desde hace miles de años. Son carbonos elementales que están dispuestos de manera que constan de sp ³ y sp ² átomos de carbono hibridados, respectivamente. Más recientemente, el descubrimiento de varios otros materiales alótropos de carbono, como el grafeno, el fullereno, los nanotubos de carbono, el grafeno y el grafdiino, ha revolucionado la ciencia moderna de los nanomateriales. En particular, la investigación del grafeno ha logrado avances significativos en la química y la física modernas debido a sus fascinantes propiedades.

El grafeno ha sido promocionado como un material maravilloso que potencialmente puede revolucionar la industria de los semiconductores, debido a sus excepcionales propiedades de movilidad de electrones. A pesar de la exageración, parece que nuestra civilización aún está lejos de pasar de la era del silicio a la era del grafeno. El principal desafío del uso del grafeno en la electrónica es la estructura electrónica de banda prohibida cero del grafeno. Esto hace que sea imposible apagar los transistores basados ​​en grafeno, lo que limita su aplicación en la industria de los semiconductores. Si bien es posible superar esta limitación dopando o funcionalizando el grafeno, también hay mucho interés en la búsqueda de nuevos tipos de alótropos de carbono 2D que tengan propiedades semiconductoras excepcionales, como una banda prohibida de energía adecuada y alta movilidad.

Recientemente, los investigadores descubrieron que es posible dotar al grafeno oa los óxidos de grafeno de muchas características adecuadas para un semiconductor creando muchos agujeros en su estructura. Este nuevo tipo de material se llama "grafeno perforado". En comparación con el grafeno, el γ-grafeno o el grafdiyno, el grafeno perforado no solo tiene las propiedades semiconductoras 2D ideales, sino que también tiene enlaces sp no lineales y una estructura conjugada π especial, que ofrece aplicaciones prometedoras en optoelectrónica, recolección de energía, separación de gases, catálisis, remediación de agua, sensores y campos relacionados con la energía.

Hasta ahora, el grafeno perforado se ha producido en laboratorios sintetizando primero el grafeno y luego sometiéndolo a un tratamiento físico, químico o hidrotérmico para perforar muchos agujeros en la estructura. Sin embargo, este enfoque de arriba hacia abajo para la producción tiene sus limitaciones porque el tamaño y la distribución de los "agujeros" son desiguales y difíciles de controlar.

Dirigidos por el Director Asociado Lee Hyoyoung, investigadores del Centro de Física Integrada de Nanoestructuras (CINAP) dentro del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, desarrollaron un enfoque de abajo hacia arriba para crear dicho material. Por primera vez, el grupo ideó un método para construir átomo por átomo topológicamente material de carbono 2D.

Este nuevo material monocristalino bidimensional fue denominado "holey-graphyne" (HGY) por el grupo. HGY consiste en enlaces alternados entre anillos de benceno y enlaces C≡C, compuestos por un patrón de seis vértices y anillos de ocho vértices altamente tensos y un porcentaje igual de sp ² y átomos de carbono hibridados sp.

"Nos inspiramos en una molécula intrigante, la dibenzociclooctadiina, que fue sintetizada por primera vez por Sondheimer y sus colaboradores en 1974. En la dibenzociclooctadiina, dos anillos aromáticos de benceno están conectados por dos enlaces acetilénicos doblados, lo que da como resultado un anillo de ocho miembros muy tenso. Este Esta emocionante molécula nos inspiró a diseñar y sintetizar el nuevo alótropo de carbono, una versión del material, a saber, el holey-graphine", dijo el director asociado Lee.

El grupo de investigación produjo con éxito el HGY monocristalino ultrafino utilizando 1,3,5-tribromo-2,4,6-trietinilbenceno como material base. El HGY delgado de una sola capa atómica se sintetizó luego entre la interfaz de dos sistemas de solventes que consisten en agua y diclorometano. El nuevo HGY mostró una banda prohibida directa de alrededor de 1,1 eV y una excelente movilidad del portador calculado, lo que lo hace adecuado como material semiconductor.

Este nuevo descubrimiento no solo demuestra la primera síntesis del HGY monocristalino ultrafino, sino que también presenta un nuevo concepto para el diseño y la síntesis de este nuevo tipo de alótropo de carbono 2D. Se espera que la aplicación futura de HGY en la industria de los semiconductores allane el camino para una nueva generación de productos electrónicos más allá de la era del silicio.

La investigación fue publicada en Matter . + Explora más

Obtención de nanocintas de grafeno con bordes cerrados aplastando nanotubos de carbono