2次元ホーリーグラフェンの合成(Synthesis of two-dimensional holey graphyne)

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新しいタイプの炭素同素体「ホーリーグラフェン」は半導体特性を持ち、光エレクトロニクス、センサー、水質浄化など様々な分野に応用可能であることが判明 A new type of carbon allotrope, holey graphyne, has semiconductor properties and is applicable in various fields such as photoelectronics, sensors, and water purification

2022-05-19 大韓民国・基礎科学研究院(IBS)

これまで、穴あきグラフェンは、グラフェンを合成した後、物理的、化学的、あるいは水熱的な処理によって、グラフェンに多数の穴をあけることによって作製されてきた。しかし、このようなトップダウン的な製造方法では、「穴」の大きさや分布が不均一で、制御が難しいという限界があった。
韓国の基礎科学研究所にあるナノ構造物理統合研究センター(CINAP)の研究者たちは、李彦栄副所長の指導のもと、このような材料を作るためのボトムアップアプローチを開発した。同グループは、トポロジカル2次元炭素材料を原子ごとに構築する方法を初めて考案した。
この新しい2次元単結晶材料は、研究グループによって「ホーリーグラフィン」(HGY)と名づけられた。HGYは、ベンゼン環とC≡C結合が交互に連結しており、6頂点と高度に歪んだ8頂点の環のパターンからなり、sp2およびsp混成炭素原子の割合が等しくなっている。

<関連情報>

珍しい環状π拡張を持つ2次元ホーリーグラフェンの構築 Constructing two-dimensional holey graphyne with unusual annulative π-extension

Xinghui Liu,Soo Min Cho,Shiru Li,Zhongfang Che,Wooseon Cho,Young-Min Ki,Eunbhin Yu,Eun Hee Bae,Do Hyun Ryu,Hyoyoung Lee
Matter  Published:May 18, 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.04.033

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Summary

Here, we report two-dimensional, single-crystalline holey graphyne (HGY) synthesized in an interfacial two-solvent system through a Castro-Stephens-type coupling reaction from 1,3,5-tribromo-2,4,6-triethynylbenzene. As a new type of 2D carbon allotrope, HGY is alternately linked between benzene rings and C≡C bonds and is composed of a pattern of six-vertex and highly strained, eight-vertex rings and an equal percentage of sp2 and sp hybridized carbon atoms. By combining experimental and theoretical studies, we systematically investigated the stability of HGY and its vibrational and optical properties. Density functional theory computations predicted that HGY is a p-type semiconductor that embraces a direct bandgap (∼1.1 eV) with a high carrier mobility. Transmission electron microscopic studies revealed that the synthesized HGY sheets are highly crystalline with AB stacking. Its semiconducting character, nonlinear sp bonding, and special π-conjugated structure endow HGY with promising applications in optoelectronic, energy harvesting, gas separation, catalysis, water remediation, sensor, and energy-related fields.

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