Les graphynes sont des allotropes de carbone bidimensionnels semblables au matériau miracle qu’est le graphène, qui est optiquement transparent et mécaniquement flexible, tout en étant solide et électroniquement conducteur.
Microscopie optique de la gamma-graphyne sur 100 nm de SiO2/Si ; en médaillon : image AFM correspondante montrant la hauteur du pas. Crédit image : Hu et al., doi : 10.1038/s44160-022-00068-7.
Les atomes de carbone peuvent être sp3–, sp2– ou sp-hybridés (différentes façons dont ils peuvent se lier à d’autres éléments) pour former des liaisons simples, doubles ou même triples avec les atomes de carbone voisins et produire ainsi divers allotropes. Les allotropes de carbone les plus connus sont le graphite et le diamant.
Les allotropes de carbone ont des propriétés physiques distinctes qui résultent de la combinaison et de la disposition uniques de plusieurs types de liaisons dont la longueur, la force, la géométrie et les propriétés électroniques varient.
Par exemple, le graphite est opaque et mou, alors que le diamant est transparent et la substance naturelle la plus dure connue.
D’énormes efforts de recherche ont été consacrés à la construction de nouveaux allotropes de carbone, dont le fullerène (récompensé par le prix Nobel de chimie en 1996), les nanotubes de carbone, le graphène (récompensé par le prix Nobel de physique en 2010), un réseau de biphénylène et le cyclo[18]carbone.
Tous les allotropes connus ci-dessus sont composés d’un seul type d’atome de carbone. Cependant, il en existe beaucoup d’autres composés de diverses combinaisons d’atomes de carbone. sp3–, sp2– et sp-des atomes de carbone hybridés et qui restent à découvrir.
Contrairement aux graphènes, qui sont constitués uniquement de sp2–carbones hybrides, graphynes contiennent sp-carbones hybrides périodiquement intégrés dans un système de gestion de l’environnement. sp2–cadre de carbone hybridé.
Il a été prédit que le graphyne présenterait des propriétés intriguantes et uniques de conduction électronique, mécaniques et optiques.
Plus précisément, la conduction électronique dans les graphynes serait exceptionnellement rapide, comme c’est le cas dans le graphène. Cependant, la conduction des électrons dans certains graphynes pourrait être contrôlée dans une direction définie, contrairement à la conduction multidirectionnelle du graphène.
Une variété de fragments de graphyne de faible poids moléculaire ou d’architectures moléculaires liées à l’éthynylène, qui incluent le carbyne, ont été synthétisés par plusieurs groupes de recherche.
“La création de graphyne est une question très ancienne, mais comme les outils de synthèse étaient limités, l’intérêt a diminué”, a déclaré le premier auteur Yiming Hu, chercheur au département de chimie de l’Université du Colorado Boulder.
“Nous avons ressorti le problème et utilisé un nouvel outil pour résoudre un vieux problème qui est vraiment important”.
Synthèse de la gamma-graphyne. Crédit image : Hu et al., doi : 10.1038/s44160-022-00068-7.
En utilisant la réaction de métathèse de l’alcyne (réaction organique qui implique la redistribution, ou la coupe et la reformation, des liaisons chimiques de l’alcyne), la thermodynamique et le contrôle cinétique, Hu et ses collègues ont pu synthétiser avec succès le gamma-graphyne.
“Il y a une assez grande différence entre le graphène et le graphyne, mais d’une bonne manière”, a déclaré l’auteur principal, le professeur Wei Zhang, également du département de chimie de l’Université du Colorado Boulder.
“Cela pourrait être la prochaine génération de matériau miracle. C’est pourquoi les gens sont très enthousiastes.”
Bien que le matériau ait été créé avec succès, les chercheurs veulent encore se pencher sur ses détails particuliers, notamment sur la manière de créer le matériau à grande échelle et de le manipuler.
“Nous essayons vraiment d’explorer ce nouveau matériau dans de multiples dimensions, à la fois expérimentalement et théoriquement, du niveau atomique aux dispositifs réels”, a déclaré le professeur Zhang.
“Ces efforts, à leur tour, devraient aider à comprendre comment les propriétés conductrices d’électrons et optiques du matériau peuvent être utilisées pour des applications industrielles comme les batteries lithium-ion.”
“Nous espérons qu’à l’avenir, nous pourrons réduire les coûts et les coûts de production.simplifier la procédure de réaction, et ensuite, avec un peu de chance, les gens pourront vraiment bénéficier de nos recherches”, a déclaré M. Hu.
L’article de l’équipe a été publié dans la revue Nature Synthesis.
