El grafino es un alótropo del carbono . Su estructura es de un átomo de espesor planas hojas de sp y sp 2 -bonded átomos de carbono dispuestos en red cristalina. Puede verse como una red de anillos de benceno conectados por enlaces de acetileno . Dependiendo del contenido de grupos acetileno, graphyne puede considerarse una hibridación mixta, sp n , donde 1
La existencia de graphyne se conjeturó antes de 1960, [3] y atrajo la atención después del descubrimiento de los fullerenos .
Aunque aún no se han sintetizado, las estructuras de grafino periódicas y sus análogos de nitruro de boro demostraron ser estables sobre la base de cálculos de primeros principios utilizando curvas de dispersión de fonones y simulaciones de dinámica molecular mecánica cuántica de temperatura finita ab-initio . [4]
Estructura
El grafino aún no se ha sintetizado en cantidades significativas para su estudio, pero mediante el uso de modelos informáticos, los científicos han podido predecir varias propiedades de la sustancia en geometrías asumidas de la red. Las estructuras propuestas de graphyne se derivan de la inserción de enlaces acetileno en lugar de enlaces simples carbono-carbono en una red de grafeno. [5] Se teoriza que el grafino existe en varias geometrías diferentes. Esta variedad se debe a las múltiples disposiciones de carbono hibridado sp y sp2. Las geometrías propuestas incluyen una estructura de celosía hexagonal y una estructura de celosía rectangular . [6] Se ha planteado la hipótesis de que es preferible al grafeno para aplicaciones específicas debido al potencial de los conos de Dirac dependientes de la dirección. [7] [8] De las estructuras teorizadas, la celosía rectangular de 6,6,12-graphyne puede tener el mayor potencial para aplicaciones futuras.
Propiedades
Los modelos de graphyne muestran que tiene potencial para conos de Dirac en sus átomos de carbono con enlaces dobles y triples. Debido a los conos de Dirac, hay un solo punto en el nivel de Fermi donde las bandas de conducción y valencia se encuentran de manera lineal. La ventaja de este esquema es que los electrones se comportan como si no tuvieran masa, lo que da como resultado energías que son proporcionales al momento de los electrones. Como en el grafeno, el grafino hexagonal tiene propiedades eléctricas que son independientes de la dirección. Sin embargo, debido a la simetría del 6,6,12-grafino rectangular propuesto, las propiedades eléctricas cambiarían a lo largo de diferentes direcciones en el plano del material. [6] Esta característica única de su simetría permite que graphyne se auto-dope, lo que significa que tiene dos conos de Dirac diferentes que se encuentran ligeramente por encima y por debajo del nivel de Fermi. [6] El efecto de auto-dopaje de 6,6,12-graphyne puede ajustarse eficazmente aplicando tensión externa en el plano. [9] Las muestras de grafeno sintetizadas hasta la fecha han mostrado un punto de fusión de 250-300 ° C, baja reactividad en reacciones de descomposición con oxígeno, calor y luz. [5]
Aplicaciones potenciales
La dependencia direccional de 6,6,12-graphyne podría permitir la rejilla eléctrica en la nanoescala. [10] Esto podría conducir al desarrollo de transistores más rápidos y dispositivos electrónicos a nanoescala. [6] [11] [12]
Graphdiyne
La síntesis de graphdiyne se informó como una película de 1 mm sobre una superficie de cobre. [13] Se predijo que Graphdiyne exhibiría una estructura similar a una nanocaja, caracterizada por poros triangulares y distribuidos regularmente, formando así una membrana nanoporosa. Debido al tamaño efectivo de sus poros, que casi coincide con el radio de van der Waals del átomo de helio , graphdiyne podría comportarse como una membrana bidimensional ideal para la separación química e isotópica del helio. [14] Se ha propuesto la aplicación de una membrana basada en graphdiyne como un tamiz bidimensional eficiente para tecnologías de filtración y purificación de agua. [15]
Referencias
- ^ Heimann, RB; Evsvukov, SE; Koga, Y. (1997). "Alótropos de carbono: un esquema de clasificación sugerido basado en la hibridación orbital de valencia". Carbono . 35 (10-11): 1654-1658. doi : 10.1016 / S0008-6223 (97) 82794-7 .
- ^ Enyashin, Andrey N .; Ivanovskii, Alexander L. (2011). "Alótropos de grafeno". Physica Status Solidi B . 248 (8): 1879–1883. Código bibliográfico : 2011PSSBR.248.1879E . doi : 10.1002 / pssb.201046583 .
- ^ Balaban, AT; Rentia, CC; Ciupitu, E. (1968). Rev. Roum. Chim. 13: 231
- ^ Özçelik, V. Ongun; Ciraci, S. (10 de enero de 2013). "Dependencia del tamaño en las estabilidades y propiedades electrónicas de α-Graphyne y su análogo de nitruro de boro". El Diario de la Química Física C . 117 (5): 2175–2182. arXiv : 1301.2593 . doi : 10.1021 / jp3111869 .
- ^ a b Kim, Bog G .; Choi, Hyoung Joon (2012). "Graphyne: Red hexagonal de carbono con conos de Dirac versátiles". Physical Review B . 86 (11): 115435. arXiv : 1112.2932 . Código bibliográfico : 2012PhRvB..86k5435K . doi : 10.1103 / PhysRevB.86.115435 .
- ^ a b c d Dumé, Belle (1 de marzo de 2012). "¿Podrían los grafinos ser mejores que el grafeno?" . Mundo de la física . Instituto de Física .
- ^ Malko, Daniel; Neiss, cristiano; Viñes, Francesc; Görling, Andreas (24 de febrero de 2012). "Concurso de grafeno: grafinos con conos de Dirac dependientes de la dirección" (PDF) . Phys. Rev. Lett. 108 (8): 086804. Código bibliográfico : 2012PhRvL.108h6804M . doi : 10.1103 / PhysRevLett.108.086804 . hdl : 2445/65316 . PMID 22463556 .
- ^ Schirber, Michael (24 de febrero de 2012). "Enfoque: el grafeno puede ser mejor que el grafeno" . Física . 5 (24): 24. Bibcode : 2012PhyOJ ... 5 ... 24S . doi : 10.1103 / Física.5.24 .
- ^ Wang, Gaoxue; Si, Mingsu; Kumar, Ashok; Pandey, Ravindra (26 de mayo de 2014). "Ingeniería de deformaciones de conos de Dirac en graphyne". Letras de Física Aplicada . 104 (21): 213107. Código bibliográfico : 2014ApPhL.104u3107W . doi : 10.1063 / 1.4880635 .
- ^ Bardhan, Debjyoti (2 de marzo de 2012). "El nuevo material Graphyne puede ser un serio competidor del grafeno" . techie-buzz.com .
- ^ Cartwright, J. (1 de marzo de 2012). "El grafeno podría ser mejor que el grafeno" . news.sciencemag.org . Archivado desde el original el 2 de octubre de 2012.
- ^ "¿Grafeno mejor que grafeno?" . Materiales hoy . 5 de marzo de 2012.
- ^ Li, Guoxing; Li, Yuliang; Liu, Huibiao; Guo, Yanbing; Li, Yongjun; Zhu, Daoben (2010). "Arquitectura de películas a nanoescala de graphdiyne". Comunicaciones químicas . 46 (19): 3256–3258. doi : 10.1039 / B922733D . PMID 20442882 .
- ^ Bartolomei, Massimiliano; Carmona-Novillo, Estela; Hernández, Marta I .; Campos-Martínez, José; Pirani, Fernando; Giorgi, Giacomo (2014). "Poros Graphdiyne: aberturas" Ad Hoc "para aplicaciones de separación de helio". Journal of Physical Chemistry C . 118 (51): 29966–29972. arXiv : 1409.4286 . doi : 10.1021 / jp510124e .
- ^ Bartolomei, Massimiliano; Carmona-Novillo, Estela; Hernández, Marta I .; Campos-Martínez, José; Pirani, Fernando; Giorgi, Giacomo; Yamashita, Koichi (2014). "Barrera de penetración del agua a través de los poros de Graphynes: predicciones de primeros principios y optimización del campo de fuerza". Revista de Letras de Química Física . 5 (4): 751–755. arXiv : 1312.3179 . doi : 10.1021 / jz4026563 .