Углерод умеет быть очень разным. Из одних и тех же атомов получаются твёрдый прозрачный алмаз, мягкий графит в карандаше, тончайший графен и молекулы-мячики фуллерены. Теперь у этой семьи появился новый член. Химики из Гётеборгского университета вместе с коллегами из Технологического университета Чалмерса и Стокгольмского университета получили диамондиин — пористую трёхмерную форму углерода, которую много лет знали только по теоретическим расчётам. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie.
Алмаз с «перемычками»
В алмазе каждый атом углерода прочно связан с четырьмя соседями, и вместе они образуют жёсткую трёхмерную решётку. Именно поэтому алмаз такой твёрдый.
Диамондиин устроен похоже, но с важным отличием. Его «узлы» расположены так же, как атомы в алмазе, однако соединены не напрямую, а длинными цепочками из атомов углерода с тройными связями. Решётка как бы растянута, и между цепочками образуются поры. В одном материале сочетаются два разных типа связей углерода — как в алмазе и как в цепочках с тройными связями.
Как его вырастили
Такую структуру теоретики предсказали ещё больше 30 лет назад, но получить её не удавалось. Шведские химики применили сравнительно простой и недорогой способ: материал образуется в виде тонкой плёнки на границе двух жидкостей, которые не смешиваются друг с другом. Плёнки могут достигать примерно 2,5 сантиметра в диаметре.
Группой в Гётеборгском университете руководит профессор физической химии Карл Бёрьессон, а большая часть экспериментов выполнена Ичжоу Яном (Yizhou Yang), бывшим постдоком этой группы, ныне сотрудником Чалмерса.
Что удалось доказать
Кристаллическую структуру проверили с помощью электронной микроскопии в Стокгольмском университете. Она совпала с предсказанной, но пока лишь отдельными участками на поверхности плёнки. «Нам удалось получить повторяющиеся структуры диамондиина в объёме примерно 10 нанометров с каждой стороны», — рассказывают авторы.
Есть и открытые вопросы. В таких пористых решётках одна сетка может прорастать сквозь другую. По снимкам пока нельзя точно сказать, сколько сеток переплетено в полученном материале, хотя, по некоторым оценкам, их, скорее всего, две.
Зачем это нужно
Пористые материалы очень ценятся химиками. Похожие по идее каркасные структуры используют или изучают для улавливания углекислого газа, очистки воды и в аккумуляторах. Может ли диамондиин делать что-то подобное, пока неизвестно: его свойства только предстоит изучить.
«Теперь мы будем исследовать свойства диамондиина и то, как его можно использовать», — говорит Карл Бёрьессон. Пока это прежде всего фундаментальный результат: углерод показал ещё одно своё лицо, которое три десятилетия существовало только на бумаге.
Источники
Наука ближе, когда обсуждаем вместе.
Новые материалы, вопросы и подборки — в нашем Telegram.
