17/09/2018 - Neue Funktionen für Grafen

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El Fluorografen ist ein Material, das aus Fluoratome, an die Kohlenstoff gebunden die das sechseckige Grafennetz bilden. Es ist eines der schlanksten Isolierungen, die bekannt sind, und wurde 2010 von internationalen Laboratorien, darunter auch in der EU, unabhängig präsentiert. Universität Manchester (Vereinigtes Königreich) russische Wissenschaftler Konstantin Novoselov und Andre Geim, Gewinner des Nobelpreis für Physik Das war das Jahr.

Diese Verbindung kann als Zweidimensionale Version des beliebten Teflon (Handelsbezeichnung Polytetrafluorethylen) ein lineares Material, das auch aus Kohlenstoffatomen und Fluoratomen besteht, die in vielen Beschichtungen, wie zum Beispiel in Pfannen, verwendet werden. Beide sind perfluorkohlenstoffreich, aber mit unterschiedlichen Formeln.

"Trotz der chemischen Ähnlichkeiten gibt es einen besonderen Unterschied: Fluorgraphen trägt Fluoratome, die an Tertiärkohlenstoff gebunden sind (so genannt, weil sie an drei weitere Kohlenstoffe gebunden sind), was als die Achillesferse der Perfluorkohlenstoffe gilt," erklärt er. Michal Otyepka, Forscher der Palacký Universität (Tschechische Republik), wo ein Team von Wissenschaftlern diese "Vulnerabilität" nutzt, um neue Grafenderivate zu erzeugen und sie mit Funktionalität auszustatten.

Im Allgemeinen ist die chemische Verbindung zwischen Kohlenstoff und Fluor sehr stark, eine der schwierigsten zu brechen. Deshalb sind Perfluorkohlenstoffe sehr stabil und inert. Die tertiäre Fluorkohlenstoff-Verbindung ist jedoch anfälliger für chemische Reaktionen.

"Im Jahr 2010 haben wir bereits bewiesen, dass Fluorographen in Grafen umgewandelt werden kann, und wir haben dies dem Vorhandensein solcher Verbindungen zugeschrieben," sagt Otyepka," und seitdem haben wir verschiedene Kanäle oder Reaktionsmethoden analysiert, die Fluoratome entfernen oder durch andere chemische Elemente ersetzen können."

"Jetzt," fügt er hinzu, "haben wir festgestellt, dass die Art des Lösungsmittels einen der Reaktionskanäle begünstigen kann, was bedeutet, dass wir verschiedene Lösungsmittel (wie Dimethylformamid oder andere) zur Kontrolle der chemischen Zusammensetzung des Endmaterials wählen können. Dieses Ergebnis, das wir in der Journal of Physical Chemistry Letters, ermöglicht es in einer eleganten Weise, die Eigenschaften des Grafen-Derivates zu verfeinern."

Viele Anwendungen von Grafenderivaten

Diese Forschung ist Teil des europäischen Projekts 2DCHEM (Two-Dimensional Chemistry towards New Graphene Derivatives), deren Ziel es ist, die Chemie von Fluorographen zur Herstellung von Grafenderivaten zu verstehen und zu kontrollieren, wobei es sich um Anwendungen in vielen Bereichen handelt: elektrochemische Erkennung, Magnetismus, Trenntechnologien, Katalysatoren und Speicherung von Energie (Superkondensatoren und Batterien).

Die jüngsten Ergebnisse und Herausforderungen in diesem Bereich wurden von Otyepka während der Graphene Week 2018 präsentiert, dem jährlichen Kongress, der von der Initiative Graphene Flagship der Europäischen Union organisiert wurde, der dieses Jahr vom 10. bis 14. September in San Sebastián stattfand.

Bibliographische Referenz:

Dagmar Matochová, Miroslav Medved', Aristides Bakandritsos, Tomáš Steklý, Radek Zbořil and Michal Otyepka. "2D Chemistry: Chemical Control of Graphene Derivatization" J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9 (13), S. 3580-3585. DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01596

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