Alkinmetathese

Erstmals 2D-Wundermaterial Graphyn hergestellt

Robert Klatt

Auf den Punkt gebracht
  • Das 2D-Wundermaterial Graphyn besitzt laut Analysen besonders gute Eigenschaften für Halbleiter
  • Bisher konnte Graphyn aber nur in Simulationen untersucht werden
  • Wissenschaftler konnten den Kohlenstoffkristall nun erstmals per Alkinmetathese erzeugen

Das 2D-Wundermaterial Graphyn konnte bisher nur in Simulationen untersucht werden. Nun wurde Graphyn erstmals per Alkinmetathese hergestellt.

Boulder (U.S.A.). Die Wissenschaft konnte das Material Graphyn bisher nur in Simulationen analysieren. Dabei wurde entdeckt, dass Graphyn Eigenschaften besitzt, die es besonders geeignet für Halbleiter macht. Weil die Struktur von Graphyn deutlich komplexer ist als von Graphen gelang es bisher nicht, das Material herzustellen.

Bei Graphen sind die Kohlenstoffatome in einem sechseckigen Gitter angeordnet, während sich bei Graphyn die sechs Kohlenstoffatome in einem Benzolringe befinden, der über Alkinverbindungen vernetzt ist. Genau wie Graphen ist auch Graphyn ein sogenanntes 2D-Material, das aus nur einer Schicht mit der Dicke eines Atoms besteht.

Graphyn per Alkinmetathese produziert

Wissenschaftler der University of Colorado in Boulder haben nun das „Wundermaterial der nächsten Generation“ erstmals per Alkinmetathese produziert. Es handelt sich dabei um ein chemisches Verfahren, bei dem durch Alkine gekoppelte Moleküle ausgetauscht werden können. Eine passende Ausgangschemikalie kann so in das gewünschte Moleküle umgebaut werden.

Laut der Publikation im Fachmagazin Nature Synthesis bilden Graphyne durch die Alkinverbindungen komplexere Gitterstrukturen, die die Ausrichtung der Atomorbitale verändern können. Die Form der Atomorbitale ist entscheidend für die Eigenschaften von Graphyn, Graphen und anderen Kohlenstoffkristallen.

Dirac-Kegel in Graphen

In Graphen entstehen durch die Orbitalstruktur sogenannte Dirac-Kegel, deren Valenz- und Leitungsband sich überschneiden. Elektronen verhalten sich dadurch wie masselose Teilchen. Graphen besitzen somit eine sehr hohe Elektronenbeweglichkeit und Leitfähigkeit.

Sie haben jedoch das Problem, dass sie Strom zwar extrem gut leiten können, aber nur ungerichtet. Die Technik benötigt jedoch meist nicht reziproke Leiter, in denen der Strom bevorzugt in eine Richtung fließt.

Graphyn laut Simulation nicht reziprok

Laut einer Publikation in den Physical Review Letters aus dem Jahr 2012 soll Graphyn diese Eigenschaften haben, also Strom gezielt in eine Richtung leiten. Bisher wurde dies jedoch nur anhand von Simulationen untersucht. Nun soll am realen Material untersucht werden, ob Graphyn diese Eigenschaft tatsächlich besitzt.

Nature Synthesis, doi: 10.1038/s44160-022-00068-7

Physical Review Letters, doi: 10.1103/PhysRevLett.108.086804

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