Графин (вещество): различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[непроверенная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
м - изолированная статья
Нет описания правки
Строка 2: Строка 2:
{{Не путать|Графен|графеном || Графан|графаном}}
{{Не путать|Графен|графеном || Графан|графаном}}
[[Файл:Graphynes.png|мини|Структуры графина-''n, где n'' соответствует количеству тройных углеродных связей в карбиновых цепочках, соединяющих соседние шестиугольники.|альт=]]
[[Файл:Graphynes.png|мини|Структуры графина-''n, где n'' соответствует количеству тройных углеродных связей в карбиновых цепочках, соединяющих соседние шестиугольники.|альт=]]
'''Графин''' ({{Lang-en|graphyne}}) — [[Аллотропия углерода|аллотропная модификация углерода]], состоящая из [[Двумерный кристалл|плоских слоёв]] [[углерод]]а толщиной в один [[атом]], которые находятся в [[Гибридизация орбиталей|гибридизациях]] sp и sp<sup>2</sup><ref name=":0">{{Статья|ссылка=https://elibrary.ru/item.asp?id=9205025|автор=Е. А. Беленков, В. В. Мавринский|заглавие=ТРЕХМЕРНАЯ СТРУКТУРА УГЛЕРОДНЫХ ФАЗ, СОСТОЯЩИХ ИЗ sp-sp2 ГИБРИДИЗИРОВАННЫХ АТОМОВ|год=2006|издание=Известия Челябинского Научного Центра Уро Ран|выпуск=2|страницы=13–18|issn=1727-7434}}</ref>. Обнаружена экспериментально<ref name=":1">{{Статья|ссылка=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/cc/b922733d|автор=Guoxing Li, Yuliang Li, Huibiao Liu, Yanbing Guo, Yongjun Li|заглавие=Architecture of graphdiyne nanoscale films|год=2010-05-21|язык=en|издание=Chemical Communications|том=46|выпуск=19|страницы=3256–3258|issn=1364-548X|doi=10.1039/B922733D}}</ref>.
'''Графин''' ({{Lang-en|graphyne}}) — [[Аллотропия углерода|аллотропная модификация углерода]], состоящая из [[Двумерный кристалл|плоских слоёв]] [[углерод]]а толщиной в один [[атом]], которые находятся в [[Гибридизация орбиталей|гибридизациях]] sp и sp<sup>2</sup><ref name=":0">{{Статья|ссылка=https://elibrary.ru/item.asp?id=9205025|автор=Е. А. Беленков, В. В. Мавринский|заглавие=Трехмерная структура углеродных фаз, состоящих из sp-sp2 гибридизированных атомов|год=2006|издание=Известия Челябинского Научного Центра Уро Ран|выпуск=2|страницы=13–18|issn=1727-7434}}</ref>. Одна из разновидностей графина получена экспериментально<ref name=":1">{{Статья|ссылка=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2010/cc/b922733d|автор=Guoxing Li, Yuliang Li, Huibiao Liu, Yanbing Guo, Yongjun Li|заглавие=Architecture of graphdiyne nanoscale films|год=2010-05-21|язык=en|издание=Chemical Communications|том=46|выпуск=19|страницы=3256–3258|issn=1364-548X|doi=10.1039/B922733D}}</ref>.


== История открытия ==
== История открытия ==
Впервые предположения о существовании графина были высказаны в [[1968 год в науке|1968]] г<ref>{{Статья|автор=Balaban, AT and Rentia, Co C and Ciupitu, E|заглавие=Chemical graphs. 6. Estimation of relative stability of several planar and tridimensional lattices for elementary carbon|год=1968|издание=Revue Roumaine de Chimie|издательство=EDITURA ACADEMIEI ROMANE|месяц=|число=|том=|номер=2|страницы=|volume=12|issn=}}</ref>. В [[1987 год в науке|1987]] г при помощи [[Квантовая механика|квантовомеханических]] расчётов была показана возможность существования плоских углеродных структур, в которых половина атомов углерода имеет sp-гибридизацию и половина — sp<sup>2</sup>-гибридизацию, и построена первая теоретическая модель структуры графина<ref>{{Статья|ссылка=https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.453405|автор=R. H. Baughman, H. Eckhardt, M. Kertesz|заглавие=Structure‐property predictions for new planar forms of carbon: Layered phases containing sp2 and sp atoms|год=1987-12-01|издание=The Journal of Chemical Physics|том=87|выпуск=11|страницы=6687–6699|issn=0021-9606|doi=10.1063/1.453405}}</ref>. Также было предсказано, что графин представляет собой широкозонный [[полупроводник]] и имеет [[Нелинейная оптика|нелинейные оптические]] свойства. На активность исследования графина существенно повлияло открытие [[фуллерен]]а<ref>{{Статья|ссылка=https://www.nature.com/articles/369199a0|автор=François Diederich|заглавие=Carbon scaffolding: building acetylenic all-carbon and carbon-rich compounds|год=1994-05|язык=en|издание=Nature|том=369|выпуск=6477|страницы=199–207|issn=1476-4687|doi=10.1038/369199a0}}</ref>.
Впервые предположения о существовании графина были высказаны в [[1968 год в науке|1968]] г<ref>{{Статья|автор=Balaban, AT and Rentia, Co C and Ciupitu, E|заглавие=Chemical graphs. 6. Estimation of relative stability of several planar and tridimensional lattices for elementary carbon|год=1968|издание=Revue Roumaine de Chimie|издательство=Editura Academiei Romane|месяц=|число=|том=|номер=2|страницы=|volume=12|issn=}}</ref>. В [[1987 год в науке|1987]] г при помощи [[Квантовая механика|квантовомеханических]] расчётов была показана возможность существования плоских углеродных структур, в которых половина атомов углерода имеет sp-гибридизацию и половина — sp<sup>2</sup>-гибридизацию, и построена первая теоретическая модель структуры графина<ref>{{Статья|ссылка=https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.453405|автор=R. H. Baughman, H. Eckhardt, M. Kertesz|заглавие=Structure‐property predictions for new planar forms of carbon: Layered phases containing sp2 and sp atoms|год=1987-12-01|издание=The Journal of Chemical Physics|том=87|выпуск=11|страницы=6687–6699|issn=0021-9606|doi=10.1063/1.453405}}</ref>. Также было предсказано, что графин представляет собой широкозонный [[полупроводник]] и имеет [[Нелинейная оптика|нелинейные оптические]] свойства. На активность исследования графина существенно повлияло открытие [[фуллерен]]а<ref>{{Статья|ссылка=https://www.nature.com/articles/369199a0|автор=François Diederich|заглавие=Carbon scaffolding: building acetylenic all-carbon and carbon-rich compounds|год=1994-05|язык=en|издание=Nature|том=369|выпуск=6477|страницы=199–207|issn=1476-4687|doi=10.1038/369199a0}}</ref>.


В 2010 г был экспериментально получен графин-2 (также называемый графдиен) при помощи [[in situ]] [[Именные реакции в органической химии|реакции Глазера]]<ref name=":1" />.
В 2010 г был экспериментально получен графин-2 (также называемый графдиин) при помощи [[in situ]] [[Именные реакции в органической химии|реакции Глазера]]<ref name=":1" />.


== Структура и свойства ==
== Структура и свойства ==
Вследствие наличия sp-гибридизованных связей графин по своей структуре и свойствам значительно отличается от других аллотропных модификаций углерода<ref name=":3">{{Статья|ссылка=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00773j|автор=Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang|заглавие=Graphdiyne: synthesis, properties, and applications|год=2019-02-04|язык=en|издание=Chemical Society Reviews|том=48|выпуск=3|страницы=908–936|issn=1460-4744|doi=10.1039/C8CS00773J}}</ref>. Возможны три структуры графина: α-графин, где все три связи sp<sup>2</sup>-гибридизированных атомов с соседними атомами заменяются на [[карбин]]овые цепочки (с [[Тройная связь|тройными]] связями), β-графин, где заменяются две связи, и γ-графин, где заменяется только одна связь<ref name=":0" /><ref>{{Статья|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/struktura-polimorfnyh-raznovidnostey-grafinovyh-sloev|автор=Мавринский Виктор Викторович, Беленкова Татьяна Евгеньевна, Чернов Владимир Михайлович, Беленков Евгений Анатольевич|заглавие=Структура полиморфных разновидностей графиновых слоев|год=2013|издание=Вестник Челябинского государственного университета|выпуск=25 (316)|issn=1994-2796}}</ref><ref name=":2">{{Статья|ссылка=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022459615301067|автор=Jinlian Lu, Yanhua Guo, Yun Zhang, Yingru Tang, Juexian Cao|заглавие=A comparative study for Hydrogen storage in metal decorated graphyne nanotubes and graphyne monolayers|год=2015-11|язык=en|издание=Journal of Solid State Chemistry|том=231|страницы=53–57|doi=10.1016/j.jssc.2015.08.004}}</ref>. Графдиен является наиболее стабильной из не встречающихся в природе аллотропных модификаций углерода, содержащих диацетиленовые связи<ref>{{Статья|ссылка=http://doi.wiley.com/10.1002/anie.199708361|автор=Michael M. Haley, Stephen C. Brand, Joshua J. Pak|заглавие=Carbon Networks Based on Dehydrobenzoannulenes: Synthesis of Graphdiyne Substructures|год=1997-05-02|язык=en|издание=Angewandte Chemie International Edition in English|том=36|выпуск=8|страницы=836–838|issn=0570-0833, 1521-3773|doi=10.1002/anie.199708361}}</ref>.
Вследствие наличия sp-гибридизованных связей графин по своей структуре и свойствам значительно отличается от других аллотропных модификаций углерода<ref name=":3">{{Статья|ссылка=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00773j|автор=Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang|заглавие=Graphdiyne: synthesis, properties, and applications|год=2019-02-04|язык=en|издание=Chemical Society Reviews|том=48|выпуск=3|страницы=908–936|issn=1460-4744|doi=10.1039/C8CS00773J}}</ref>. Возможны три структуры графина: α-графин, где все три связи sp<sup>2</sup>-гибридизированных атомов с соседними атомами заменяются на [[карбин]]овые цепочки (с [[Тройная связь|тройными]] связями), β-графин, где заменяются две связи, и γ-графин, где заменяется только одна связь<ref name=":0" /><ref>{{Статья|ссылка=https://cyberleninka.ru/article/n/struktura-polimorfnyh-raznovidnostey-grafinovyh-sloev|автор=Мавринский Виктор Викторович, Беленкова Татьяна Евгеньевна, Чернов Владимир Михайлович, Беленков Евгений Анатольевич|заглавие=Структура полиморфных разновидностей графиновых слоев|год=2013|издание=Вестник Челябинского государственного университета|выпуск=25 (316)|issn=1994-2796}}</ref><ref name=":2">{{Статья|ссылка=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022459615301067|автор=Jinlian Lu, Yanhua Guo, Yun Zhang, Yingru Tang, Juexian Cao|заглавие=A comparative study for Hydrogen storage in metal decorated graphyne nanotubes and graphyne monolayers|год=2015-11|язык=en|издание=Journal of Solid State Chemistry|том=231|страницы=53–57|doi=10.1016/j.jssc.2015.08.004}}</ref>. Графдиин является наиболее стабильной из не встречающихся в природе аллотропных модификаций углерода, содержащих диацетиленовые связи<ref>{{Статья|ссылка=http://doi.wiley.com/10.1002/anie.199708361|автор=Michael M. Haley, Stephen C. Brand, Joshua J. Pak|заглавие=Carbon Networks Based on Dehydrobenzoannulenes: Synthesis of Graphdiyne Substructures|год=1997-05-02|язык=en|издание=Angewandte Chemie International Edition in English|том=36|выпуск=8|страницы=836–838|issn=0570-0833, 1521-3773|doi=10.1002/anie.199708361}}</ref>.


При помощи [[Метод классической молекулярной динамики|молекулярной динамики]] было рассчитано, что [[модуль Юнга]] в плоскости листа составляет 532.5 [[Паскаль (единица измерения)|ГПа]] и 629.4 ГПа в зависимости от направления растяжения<ref>{{Статья|ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622311003861|автор=Steven W. Cranford, Markus J. Buehler|заглавие=Mechanical properties of graphyne|год=2011-11-01|издание=Carbon|том=49|выпуск=13|страницы=4111–4121|issn=0008-6223|doi=10.1016/j.carbon.2011.05.024}}</ref>. На основании [[Теория функционала плотности|теории функционала плотности]] [[Подвижность носителей заряда|подвижность]] [[электрон]]ов составляет 2·10<sup>5</sup> [[Квадратный метр|м<sup>2</sup>]]/([[Вольт|В]]·[[Секунда|с]]) при [[Комнатная температура|комнатной температуре]], а подвижность [[Дырка|дырок]] на порядок ниже; ширина [[Запрещённая зона|запрещённой зоны]] 0.46 [[Электронвольт|эВ]].
При помощи [[Метод классической молекулярной динамики|молекулярной динамики]] было рассчитано, что [[модуль Юнга]] в плоскости листа составляет 532.5 [[Паскаль (единица измерения)|ГПа]] и 629.4 ГПа в зависимости от направления растяжения<ref>{{Статья|ссылка=http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622311003861|автор=Steven W. Cranford, Markus J. Buehler|заглавие=Mechanical properties of graphyne|год=2011-11-01|издание=Carbon|том=49|выпуск=13|страницы=4111–4121|issn=0008-6223|doi=10.1016/j.carbon.2011.05.024}}</ref>. На основании [[Теория функционала плотности|теории функционала плотности]] [[Подвижность носителей заряда|подвижность]] [[электрон]]ов составляет 2·10<sup>5</sup> [[Квадратный метр|м<sup>2</sup>]]/([[Вольт|В]]·[[Секунда|с]]) при [[Комнатная температура|комнатной температуре]], а подвижность [[Дырка|дырок]] на порядок ниже; ширина [[Запрещённая зона|запрещённой зоны]] 0.46 [[Электронвольт|эВ]].
Строка 22: Строка 22:
{{примечания}}
{{примечания}}


[[Категория:Аллотропные_формы_углерода]]
[[Категория:Аллотропные формы углерода]]
[[Категория:Двумерные кристаллы]]
[[Категория:Двумерные кристаллы]]
[[Категория:Наноматериалы]]
[[Категория:Наноматериалы]]

Версия от 12:05, 20 января 2020

У этого термина существуют и другие значения, см. Графин (значения).
Не следует путать с графеном и графаном.
Структуры графина-n, где n соответствует количеству тройных углеродных связей в карбиновых цепочках, соединяющих соседние шестиугольники.

Графин (англ. graphyne) — аллотропная модификация углерода, состоящая из плоских слоёв углерода толщиной в один атом, которые находятся в гибридизациях sp и sp2[1]. Одна из разновидностей графина получена экспериментально[2].

История открытия

Впервые предположения о существовании графина были высказаны в 1968 г[3]. В 1987 г при помощи квантовомеханических расчётов была показана возможность существования плоских углеродных структур, в которых половина атомов углерода имеет sp-гибридизацию и половина — sp2-гибридизацию, и построена первая теоретическая модель структуры графина[4]. Также было предсказано, что графин представляет собой широкозонный полупроводник и имеет нелинейные оптические свойства. На активность исследования графина существенно повлияло открытие фуллерена[5].

В 2010 г был экспериментально получен графин-2 (также называемый графдиин) при помощи in situ реакции Глазера[2].

Структура и свойства

Вследствие наличия sp-гибридизованных связей графин по своей структуре и свойствам значительно отличается от других аллотропных модификаций углерода[6]. Возможны три структуры графина: α-графин, где все три связи sp2-гибридизированных атомов с соседними атомами заменяются на карбиновые цепочки (с тройными связями), β-графин, где заменяются две связи, и γ-графин, где заменяется только одна связь[1][7][8]. Графдиин является наиболее стабильной из не встречающихся в природе аллотропных модификаций углерода, содержащих диацетиленовые связи[9].

При помощи молекулярной динамики было рассчитано, что модуль Юнга в плоскости листа составляет 532.5 ГПа и 629.4 ГПа в зависимости от направления растяжения[10]. На основании теории функционала плотности подвижность электронов составляет 2·105 м2/(В·с) при комнатной температуре, а подвижность дырок на порядок ниже; ширина запрещённой зоны 0.46 эВ.

Экспериментально полученный графин-2 является полупроводником с удельной электропроводностью 2.516·10−4 См/м[2].

Возможные применения

Металлосодержащие нанотрубки из графина могут использоваться для хранения водорода[8], в частности, в области накопления энергии, где проблема хранения водорода является узким местом[11]. Ленты из графина могут применяться в термо- и наноэлектронике[12], причём графин имеет линейный закон дисперсии носителей заряда (аналогично графену), но на основе расчётов с помощью теории функционала плотности в нём предсказана возможность создания ненулевой запрещённой зоны, что представляет большую трудность в случае графена[13]. Также графин может найти применение в разделении газов, что связано с характером пористой структуры графина π-сопряжением связей[6].

Примечания

  1. ↑ 1 2 Е. А. Беленков, В. В. Мавринский. Трехмерная структура углеродных фаз, состоящих из sp-sp2 гибридизированных атомов // Известия Челябинского Научного Центра Уро Ран. — 2006. — Вып. 2. — С. 13–18. — ISSN 1727-7434.
  2. ↑ 1 2 3 Guoxing Li, Yuliang Li, Huibiao Liu, Yanbing Guo, Yongjun Li. Architecture of graphdiyne nanoscale films (англ.) // Chemical Communications. — 2010-05-21. — Vol. 46, iss. 19. — P. 3256–3258. — ISSN 1364-548X. — doi:10.1039/B922733D.
  3. ↑ Balaban, AT and Rentia, Co C and Ciupitu, E. Chemical graphs. 6. Estimation of relative stability of several planar and tridimensional lattices for elementary carbon // Revue Roumaine de Chimie. — Editura Academiei Romane, 1968. — Vol. 12, № 2.
  4. ↑ R. H. Baughman, H. Eckhardt, M. Kertesz. Structure‐property predictions for new planar forms of carbon: Layered phases containing sp2 and sp atoms // The Journal of Chemical Physics. — 1987-12-01. — Т. 87, вып. 11. — С. 6687–6699. — ISSN 0021-9606. — doi:10.1063/1.453405.
  5. ↑ François Diederich. Carbon scaffolding: building acetylenic all-carbon and carbon-rich compounds (англ.) // Nature. — 1994-05. — Vol. 369, iss. 6477. — P. 199–207. — ISSN 1476-4687. — doi:10.1038/369199a0.
  6. ↑ 1 2 Xin Gao, Huibiao Liu, Dan Wang, Jin Zhang. Graphdiyne: synthesis, properties, and applications (англ.) // Chemical Society Reviews. — 2019-02-04. — Vol. 48, iss. 3. — P. 908–936. — ISSN 1460-4744. — doi:10.1039/C8CS00773J.
  7. ↑ Мавринский Виктор Викторович, Беленкова Татьяна Евгеньевна, Чернов Владимир Михайлович, Беленков Евгений Анатольевич. Структура полиморфных разновидностей графиновых слоев // Вестник Челябинского государственного университета. — 2013. — Вып. 25 (316). — ISSN 1994-2796.
  8. ↑ 1 2 Jinlian Lu, Yanhua Guo, Yun Zhang, Yingru Tang, Juexian Cao. A comparative study for Hydrogen storage in metal decorated graphyne nanotubes and graphyne monolayers (англ.) // Journal of Solid State Chemistry. — 2015-11. — Vol. 231. — P. 53–57. — doi:10.1016/j.jssc.2015.08.004.
  9. ↑ Michael M. Haley, Stephen C. Brand, Joshua J. Pak. Carbon Networks Based on Dehydrobenzoannulenes: Synthesis of Graphdiyne Substructures (англ.) // Angewandte Chemie International Edition in English. — 1997-05-02. — Vol. 36, iss. 8. — P. 836–838. — ISSN 1521-3773 0570-0833, 1521-3773. — doi:10.1002/anie.199708361.
  10. ↑ Steven W. Cranford, Markus J. Buehler. Mechanical properties of graphyne // Carbon. — 2011-11-01. — Т. 49, вып. 13. — С. 4111–4121. — ISSN 0008-6223. — doi:10.1016/j.carbon.2011.05.024.
  11. ↑ K. Srinivasu, Swapan K. Ghosh. Graphyne and Graphdiyne: Promising Materials for Nanoelectronics and Energy Storage Applications // The Journal of Physical Chemistry C. — 2012-03-08. — Т. 116, вып. 9. — С. 5951–5956. — ISSN 1932-7447. — doi:10.1021/jp212181h.
  12. ↑ Tao Ouyang, Yuanping Chen, Li-Min Liu, Yuee Xie, Xiaolin Wei. Thermal transport in graphyne nanoribbons (англ.) // Physical Review B. — 2012-06-19. — Vol. 85, iss. 23. — P. 235436. — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X. — doi:10.1103/PhysRevB.85.235436.
  13. ↑ Bog G. Kim, Hyoung Joon Choi. Graphyne: Hexagonal network of carbon with versatile Dirac cones (англ.) // Physical Review B. — 2012-09-21. — Vol. 86, iss. 11. — P. 115435. — ISSN 1550-235X 1098-0121, 1550-235X. — doi:10.1103/PhysRevB.86.115435.
Источник — https://ru.wikipedia.org/ruwiki/w/index.php?title=Графин_(вещество)&oldid=104657445