Uzun Menzilli Düzenli Gözenekli Karbon Olarak Adlandırılan Yeni Karbon Formunun Keşfi

En iyi bilinen karbon formları arasında grafit ve elmas bulunur, ancak başka egzotik nano ölçekli karbon allotropları da vardır. Bunlar, sıfır (düz şekilli) veya pozitif (küre şekilli) eğriliğe sahip sp2 hibrit karbon olan grafen ve fullerenleri içerir.

Bu arada, 'schwarzite' adı verilen negatif eğriliğe sahip sp2 hibritleştirilmiş karbon teorik olarak önerildi ve keşfi, karbon malzemeleri alanındaki bazı bilim adamlarının hayali oldu. Karbonun buhar biriktirme yoluyla belirli zeolitlerin bazı periyodik gözeneklerine kalıplanabileceği, ancak bazı gözeneklerin çok dar olması nedeniyle kalıplamanın eksik olduğu öğrenildi. Bu, rotaları şablonlayarak karbon schwartzites yapmayı engelledi.

Son zamanlarda, Güney Kore Temel Bilimler Enstitüsü (IBS) bünyesindeki Çok Boyutlu Karbon Malzemeleri Merkezi'nden Direktör Rodney Ruoff liderliğindeki bir araştırma ekibi ve Profesör Yanwu Zhu liderliğindeki Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ndeki meslektaşları bir rapor verdi. yeni bir karbon formunun keşfi.

USCT ekibine liderlik eden Profesör Zhu, "Profesör Ruoff, matematikçi Schwartz tarafından açıklanan üçlü periyodik minimal yüzeylere olan ilgisini ve üç değerlikli bağlı karbonun prensipte matematiksel yapılarda nasıl özdeş yapılar verebileceğini açıkladı" dedi. "Bunlar artık 'karbon schwarzite' yapıları olarak adlandırılıyor ve buna 'negatif eğrilikli karbon' da denilebilir. Ona yıllar önce bunun heyecan verici bir araştırma konusu olduğunu ve önerisi üzerinde işbirliği yapmanın yollarını bulmanın mümkün olabileceğini söyledim.

Bu yeni karbon formu, temel malzeme olarak C60 fulleren (buckminsterfulleren, 'buckyball molekülleri' olarak da adlandırılır) tozu kullanılarak üretildi. C60, a-Li3N ("alfa lityum nitrür") ile karıştırıldı ve ardından bir atmosfer basınçta tutulurken orta sıcaklıklara ısıtıldı. a-Li3N'nin C60'taki bazı karbon-karbon bağlarının kırılmasını katalize ettiği ve daha sonra C60 moleküllerine elektron transferi yoluyla komşu C60 molekülleriyle yeni CC bağlarının oluştuğu öğrenildi.

Profesör Ruoff, "Bu özel çabada, Profesör Zhu ve USTC'deki ekip, kristalin fulleren ile başlayarak yeni bir karbon türünün oluşumunu yönlendirmek için güçlü bir elektron transfer maddesi (a-Li3N) kullandı" dedi.

Profesör Zhu ve ekibi yeni karbonlarına 'uzun menzilli düzenli gözenekli karbon (LOPC)' adını verdiler.

LOPC, uzun menzilli periyodiklikle bağlantılı 'kırık C60 kafeslerinden' oluşur. Yani, kırılmış C60 kafeslerinin her biri hala yüz merkezli kübik kafesin kafes bölgelerinde ortalanmıştır, ancak bir dereceye kadar 'açılmış' ve birbirleriyle bağ oluşturmuşlardır. Bu biraz alışılmadık bir durum – belirli bir tipte hala uzun vadeli periyodik düzen var, ancak her kırılan C60 kafesi komşularının aynısı değil.

LOPC oluşumunun dar sıcaklıklar ve karbon/Li3N oranı koşulları altında gerçekleştiği tespit edilmiştir. Karbon ve Li550N arasında 5:1 oranında 3C'ye kadar ısıtma, bucky toplarının kısmen yok olmasına (bazı CC bağlarının kırılmasına) neden olur, bu da LOPC'de bulunan "kırık C60 kafesi" yapısının keşfedilmesiyle sonuçlanır.

480C'lik daha hafif bir sıcaklık veya daha düşük bir Li3N seviyesi, "C60 polimer kristali" oluşturmak üzere bir araya gelen bucky toplarına zarar vermez. Bu kristal, yeniden ısıtıldığında bireysel bucky toplarına ayrışır. Bu arada, çok fazla Li3N eklenmesi veya 600°C'nin üzerinde daha sert bir sıcaklık, bucky toplarının tamamen parçalanmasıyla sonuçlandı.

Bu yeni karbon, çeşitli yöntemlerle karakterize edildi ve (aslında) standart bir yüz merkezli kübik kristal kafes içindeki konumlarını koruyan biraz farklı 'kırık C60 kafesleri' çeşitliliği nedeniyle (aslında) karakterizasyonu kolay değildi.

Bu yeni karbon formunun yapısını anlamak için X-ışını kırınımı, Raman spektroskopisi, sihirli açılı dönen katı hal nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, sapma düzeltmeli transmisyon elektron mikroskobu ve nötron saçılması kullanıldı. Nöral ağ tipi modellemeye dayalı sayısal simülasyonlar, yukarıda belirtilen deneysel yöntemlerle birleştiğinde, LOPC'nin 'fulleren tipi' karbonlardan 'grafen tipi' karbonlara dönüşüm sırasında üretilen metastabil bir yapı olduğunu göstermektedir.

'Karbon K-kenarına yakın X-ışını soğurma ince yapısı' verileri, LOPC'de elektronların C60'a göre daha yüksek derecede delokalizasyon gösterdiğini gösterir. Elektrik iletkenliği, oda sıcaklığında 1.17?+ ?10-2?S?cm-1 olarak bulundu ve 30 Kelvin'den düşük bir sıcaklıkta iletim, taşıyıcı tarafından noktalanan kısa mesafelerde metalik benzeri taşınımın bir kombinasyonu gibi görünüyor. atlama Bu elektriksel özellikleri bilmek, böyle yeni bir karbon türü için hangi olası uygulamaların olabileceğini aydınlatmak için önemlidir.

"Bu güzel yeni karbon türü pek çok büyüleyici özelliğe sahip olsa da, bir karbon schwarzite değildir, bu nedenle deneysel meydan okuma hala ufukta duruyor! Gerçekten de, bu karbon farklı ve benzersiz bir şey - karbon malzemeler için yeni yönlerde tamamen yeni olasılıklar açıyor" dedi Profesör Ruoff.

LOPC'nin hazırlanması, C60(lar)'dan başlayarak diğer kristal karbonların ve belki de C70, C76, C84 gibi diğer fullerenlerin keşfinin yolunu açar. Diğer heyecan verici seçenekler, başka bir unsuru dahil etmek olacaktır. Bu, "endohedral" fullerenler gibi başlayarak yapılabilir. [e-posta korumalı] C60, burada M, tamamen karbon fulleren kafesinin içinde kapsüllenmiş lantan veya diğerleri gibi bir element olabilir.

Ekip, enerjinin toplanması, dönüştürülmesi ve depolanmasında olası uygulamaları görüyor; kimyasal ürünler üretmek için katalizde; ve moleküler iyonların veya gazların ayrılması için. Nature makalelerinde de vurgulanan önemli bir husus, sentezin ölçeklenebilirliğidir. Zhu, bir kilogram ölçeğine kolayca ölçeklenebileceğini ve sürekli üretim süreçleriyle ton ölçeğinde üretim elde etmenin mümkün olabileceğini belirtiyor.

"Yanwu, sentezdeki bazı ilk başarılardan ve projelerinde umut verici ilk adımlardan sonra beni bu çabaya katılmaya davet etti ve neyse ki, şu anda Nature'da yayınlanan bu çalışmanın tamamlanmasına kadar devam etmekte olan bilim hakkında bazı yararlı önerilerde bulunabildim. Sentez ve uygulamalı deneysel çalışmalar için kredi tamamen Yanwu ve ekibine aittir. Profesör Ruoff, yapılacak bazı analizler ve bunlardan neler öğrenilebileceği de dahil olmak üzere belirli konularda bazı tavsiyeler vermek benim için bir zevkti” dedi.

“Meslektaşlarla işbirliği, bilim yapmanın zevklerinden biridir. Buradaki konu, yönettiğim ve UNIST'te bulunan CMCM merkezimizin çıkarlarıyla mükemmel bir şekilde uyumlu yeni bir karbon formuydu. Bu nedenle, heyecanla ve yararlı şekillerde katkıda bulunmaya çalışmak için büyük bir istekle işbirliğine atladım!

"Profesör Ruoff, karbon malzemelerde ve ayrıca genel olarak efsanevi bir bilim adamıdır. Onun araştırma grubunda 3 yıl 3 ay doktora sonrası araştırmacı olarak bulundum ve bu yıllar boyunca ondan temel bilimin nasıl yapılacağına dair çok şey öğrendim.

Gerçekten de, doktora sonrası olarak son yıllarım, sonunda Science'ta yayınlanan ve aynı zamanda grafen benzeri tabakalara dayalı üç değerlikli bağlı karbonla ilgili olan çalışma hakkında onunla günlük olarak çok yakın diyalog içinde geçti, "diye belirtti Profesör Zhu. "Ben ve ekibim, çabalarımıza katıldığı için çok mutlu olduk ve Nature'da yayınlanan makalemizde anlattığımız bilime güçlü bir şekilde katkıda bulundu."

Araştırma raporu:C60'tan üretilen uzun menzilli düzenli gözenekli karbonlar

İlgili Bağlantılar
Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Enstitüsü

Karbon Dünyaları – grafit, elmas, amorf, fullerenlerin buluştuğu yer

Orada olduğun için teşekkürler; Yardımına ihtiyacımız var. SpaceDaily haber ağı büyümeye devam ediyor ancak gelirleri korumak hiç bu kadar zor olmamıştı. Reklam Engelleyicilerin ve Facebook'un yükselişiyle birlikte, kaliteli ağ reklamcılığı yoluyla geleneksel gelir kaynaklarımız azalmaya devam ediyor. Ve diğer pek çok haber sitesinin aksine, bu can sıkıcı kullanıcı adları ve şifrelerle bir ödeme duvarımız yok. Haber kapsamımız, yılda 365 gün yayınlamak için zaman ve çaba gerektirir. Haber sitelerimizi bilgilendirici ve faydalı buluyorsanız, lütfen düzenli bir destekçi olmayı düşünün veya şimdilik bir kerelik katkıda bulunun.
SpaceDaily Aylık Destekçisi $5+ Aylık Faturalandırılır		UzayGünlük Katılımcı 5 $ Bir Kez Faturalandı kredi kartı veya paypal

Bilim adamları bugüne kadarki en az maliyetli karbon yakalama sistemini açıkladı

Richland WA (SPX) 26 Ocak 2023

Karbon dioksiti yakalayabilen, ortadan kaldırabilen ve yeniden kullanabilen teknolojiye olan ihtiyaç, Dünya atmosferine ulaşan her CO2 molekülüyle daha da güçleniyor. Bu ihtiyacı karşılamak için, Enerji Bakanlığı Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamları, karbon yakalamayı daha uygun fiyatlı ve yaygın hale getirme çabalarında yeni bir kilometre taşını temizlediler. Bugüne kadarki en düşük maliyetli olan CO2'yi verimli bir şekilde yakalayan ve onu dünyanın en yaygın kullanılan kimyasallarından birine dönüştüren yeni bir sistem yarattılar: meta … daha fazla oku