Síntese de carbino na superfície:um alótropo de carbono linear hibridizado com sp

À esquerda, são vistas estratégias sintéticas em direção à cadeia de carbono poliínica, com a imagem AFM resolvida por ligação mostrando as posições definidas das ligações triplas. A direita mostra as estratégias sintéticas e a medição STS de C₁₄ poliino, exibindo um band gap de 5,8 eV. Crédito:Science China Press

Em um estudo liderado pelo Prof. Wei Xu (Centro Interdisciplinar de Pesquisa de Materiais, Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Tongji) e publicado na revista National Science Review , uma equipe de pesquisa conseguiu a síntese bem-sucedida de uma cadeia de carbono unidimensional na superfície Au (111), com a cadeia mais longa contendo aproximadamente 120 átomos de carbono, e a natureza poliínica da cadeia de carbono foi caracterizada inequivocamente pela força atômica resolvida por ligação microscopia (AFM).

A criação de novas formas de carbono com diferentes topologias emergiu como um tópico interessante tanto na química fundamental quanto na ciência dos materiais. Carbyne (cadeia de carbono linear), um indescritível alótropo de carbono linear hibridizado com sp, fascinou químicos e físicos por décadas. Devido à sua alta reatividade química e extrema instabilidade, o carbino foi muito menos explorado.

A síntese na superfície está emergindo como uma abordagem promissora para a fabricação atomicamente precisa de nanoestruturas 1D altamente reativas com hibridização sp que dificilmente poderiam ser sintetizadas por meio de química sintética de solução convencional. O grupo de Xu empregou a estratégia de síntese na superfície, utilizando C₄ Br₆ como precursor, para sintetizar cadeias de carbono poliínicas na superfície Au (111) por meio de polimerização desalogenativa e subsequente desmetalização, e a cadeia mais longa consiste em ~ 120 átomos de carbono.

O AFM resolvido por ligação revelou inequivocamente a estrutura poliínica das cadeias de carbono com alternância de ligações simples e triplas.

Além disso, para medir a propriedade eletrônica intrínseca da cadeia de carbono, um C₁₄ específico poliina foi produzida via desalogenação induzida pela ponta e abertura do anel da molécula de decacloroantraceno (C₁₄ Classe₁₀ ) em uma superfície de bicamada NaCl/Au(111) a 4,7 K. As propriedades eletrônicas foram caracterizadas por espectroscopia de tunelamento de varredura (STS), exibindo dois picos pronunciados em –3,4 V e 2,4 V, correspondendo às ressonâncias de íons positivos e negativos (PIR e NIR), respectivamente, exibindo um band gap de 5,8 eV.

Este trabalho do grupo do Prof. Wei Xu fornece insights experimentais resolvidos por ligações sobre a estrutura das cadeias de carbono poliínicas e pode abrir um caminho para a síntese e caracterização de poliinos longos sem grupos finais.

Mais informações: Wenze Gao et al, Síntese e caracterização na superfície de cadeias de carbono poliínicas, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae031
Fornecido pela Science China Press

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