Diamante e grafite são dois alótropos de carbono de ocorrência natural que conhecemos há milhares de anos. Eles são carbonos elementares que são organizados de maneira que consistem em sp ³ e sp ² átomos de carbono hibridizados, respectivamente. Mais recentemente, a descoberta de vários outros materiais alótropos de carbono, como grafeno, fulereno, nanotubo de carbono, grafeno e grafeno, vem revolucionando a ciência moderna dos nanomateriais. Em particular, a pesquisa do grafeno fez avanços significativos na química e física modernas por causa de suas propriedades fascinantes.
O grafeno tem sido apontado como um material maravilhoso que pode potencialmente revolucionar a indústria de semicondutores, devido às suas propriedades excepcionais de mobilidade eletrônica. Apesar do hype, parece que nossa civilização ainda está longe de fazer a transição da era do silício para a era do grafeno. O principal desafio do uso de grafeno em eletrônica é a estrutura eletrônica de banda zero do grafeno. Isso impossibilita o desligamento de transistores baseados em grafeno, o que limita sua aplicação na indústria de semicondutores. Embora seja possível superar essa limitação pela dopagem ou funcionalização do grafeno, também há muito interesse na busca de novos tipos de alótropos de carbono 2D que tenham propriedades semicondutoras excepcionais, como um bandgap de energia adequado e alta mobilidade.

Recentemente, pesquisadores descobriram que é possível dotar muitas características adequadas para um semicondutor a grafeno ou óxidos de grafeno, criando muitos buracos em sua estrutura. Esse novo tipo de material é chamado de "grafeno furado". Comparado ao grafeno, γ-graphine ou graphdiyne, o grafeno holey não apenas possui as propriedades semicondutoras 2D ideais, mas também possui ligação sp não linear e uma estrutura π conjugada especial, que oferece aplicações promissoras em optoeletrônica, colheita de energia, separação de gases, catálise, remediação de água, sensores e campos relacionados à energia.

Até agora, o grafeno holey foi produzido em laboratórios primeiro sintetizando o grafeno e depois submetendo o grafeno a tratamento físico, químico ou hidrotérmico para perfurar muitos buracos na estrutura. No entanto, essa abordagem de produção de cima para baixo tem suas limitações porque o tamanho e a distribuição dos 'buracos' são desiguais e difíceis de controlar.

Liderados pelo Diretor Associado Lee Hyoyoung, pesquisadores do Centro de Física Integrada de Nanoestruturas (CINAP) do Instituto de Ciências Básicas da Coréia do Sul desenvolveram uma abordagem de baixo para cima para criar esse material. Pela primeira vez, o grupo desenvolveu um método para construir topologicamente 2D material de carbono átomo por átomo.

Este novo material monocristalino bidimensional foi apelidado de "holey-graphyne" (HGY) pelo grupo. HGY consiste em ligações alternadas entre anéis de benzeno e ligações C≡C, compostas por um padrão de seis vértices e anéis de oito vértices altamente tensos e uma porcentagem igual de sp ² e átomos de carbono hibridizados sp.

"Fomos inspirados por uma molécula intrigante, o dibenzociclooctadiyne, que foi sintetizado pela primeira vez por Sondheimer e colaboradores em 1974. No dibenzociclooctadiyne, dois anéis aromáticos de benzeno são conectados por duas ligações acetilênicas dobradas, resultando em um anel de oito membros altamente tenso. molécula emocionante nos inspirou a projetar e sintetizar o novo alótropo de carbono, versão do material, ou seja, holey-graphyne", disse o diretor associado Lee.

O grupo de pesquisa produziu com sucesso o HGY monocristalino ultrafino usando 1,3,5-tribromo-2,4,6-trietinilbenzeno como material base. A única camada atômica fina de HGY foi então sintetizada entre a interface de dois solventes-sistema consistindo de água e diclorometano. O novo HGY apresentou um bandgap direto de cerca de 1,1 eV e excelente mobilidade de portadora calculada, tornando-o adequado como material semicondutor.

Esta nova descoberta não apenas demonstra a primeira síntese do HGY cristalino único ultrafino, mas também introduz um novo conceito para o projeto e a síntese de um novo tipo de alótropo de carbono 2D. Espera-se que a futura aplicação de HGY na indústria de semicondutores abra a onda para uma nova geração de eletrônicos além da era do silício.

A pesquisa foi publicada na Matter . + Explorar mais

Obtendo nanofitas de grafeno de borda fechada esmagando nanotubos de carbono