Por mais de uma década, os cientistas tentaram sintetizar uma nova forma de carbono chamada grafeno com sucesso limitado. Esse esforço está agora no fim, graças a uma nova pesquisa da Universidade do Colorado Boulder.
Há muito tempo que o grafino desperta o interesse dos cientistas por causa de suas semelhanças com o grafeno "material maravilhoso" - outra forma de carbono altamente valorizada pela indústria, cuja pesquisa chegou a receber o Prêmio Nobel de Física em 2010. No entanto, apesar de décadas de trabalho e teorizando, apenas alguns fragmentos foram criados até agora.

Esta pesquisa, anunciada na semana passada na Síntese da Natureza , preenche uma lacuna de longa data na ciência de materiais de carbono, potencialmente abrindo novas possibilidades para pesquisa de materiais eletrônicos, ópticos e semicondutores.

“Todo o público, todo o campo, está realmente animado que esse problema de longa data, ou esse material imaginário, está finalmente sendo realizado”, disse Yiming Hu, principal autor do artigo e doutorado em química em 2022.

Os cientistas há muito se interessam pela construção de alótropos de carbono novos ou inovadores, ou formas de carbono, devido à utilidade do carbono para a indústria, bem como à sua versatilidade.

Existem diferentes maneiras pelas quais os alótropos de carbono podem ser construídos dependendo de como o carbono hibridizado sp2, sp3 e sp (ou as diferentes maneiras pelas quais os átomos de carbono podem se ligar a outros elementos) e suas ligações correspondentes são utilizadas. Os alótropos de carbono mais conhecidos são grafite (usado em ferramentas como lápis e baterias) e diamantes, que são criados a partir de carbono sp2 e carbono sp3, respectivamente.

Usando métodos químicos tradicionais, os cientistas criaram com sucesso vários alótropos ao longo dos anos, incluindo o fulereno (cuja descoberta ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1996) e o grafeno.

No entanto, esses métodos não permitem que os diferentes tipos de carbono sejam sintetizados juntos em qualquer tipo de grande capacidade, como o que é necessário para o grafeno, que deixou o material teorizado - especulado como tendo propriedades únicas de condução de elétrons, mecânica e óptica - permanecer isso:uma teoria.

Mas foi também essa necessidade do não-tradicional que levou os que estavam no campo a entrar em contato com o grupo de laboratório de Wei Zhang.

Zhang, professor de química na CU Boulder, estuda a química reversível, que é a química que permite que as ligações se autocorrijam, permitindo a criação de novas estruturas ordenadas, ou treliças, como polímeros sintéticos semelhantes ao DNA.

Depois de ser abordado, Zhang e seu grupo de laboratório decidiram tentar.

Criar grafino é uma "questão muito antiga e de longa data, mas como as ferramentas sintéticas eram limitadas, o interesse diminuiu", Hu, que era Ph.D. aluno do grupo de laboratório de Zhang, comentou. "Nós trouxemos o problema novamente e usamos uma nova ferramenta para resolver um problema antigo que é realmente importante."

Usando um processo chamado metátese alcino - que é uma reação orgânica que envolve a redistribuição, ou corte e reforma, de ligações químicas alcino (um tipo de hidrocarboneto com pelo menos uma ligação covalente tripla carbono-carbono) - bem como termodinâmica e controle cinético , o grupo conseguiu criar com sucesso o que nunca havia sido criado antes:um material que poderia rivalizar com a condutividade do grafeno, mas com controle.

"Há uma diferença muito grande (entre grafeno e grafeno), mas no bom sentido", disse Zhang. "Este pode ser o material maravilhoso da próxima geração. É por isso que as pessoas estão muito animadas."

Embora o material tenha sido criado com sucesso, a equipe ainda deseja analisar os detalhes específicos dele, incluindo como criar o material em grande escala e como ele pode ser manipulado.

"Estamos realmente tentando explorar este novo material de múltiplas dimensões, tanto experimentalmente quanto teoricamente, do nível atômico aos dispositivos reais", disse Zhang sobre os próximos passos.

Esses esforços, por sua vez, devem ajudar a descobrir como as propriedades ópticas e condutoras de elétrons do material podem ser usadas para aplicações industriais, como baterias de íons de lítio.

"Esperamos que no futuro possamos reduzir os custos e simplificar o procedimento de reação, e então, esperamos, as pessoas possam realmente se beneficiar de nossa pesquisa", disse Hu.

Para Zhang, isso nunca poderia ter sido realizado sem o apoio de uma equipe interdisciplinar, acrescentando:“Sem o apoio do departamento de física, sem algum apoio dos colegas, esse trabalho provavelmente não poderia ser feito”. + Explorar mais

Síntese de grafino perfurado bidimensional