Группа европейских ученых предложила оригинальный подход к созданию графеновых лент длиной 20-60 нм методом «снизу вверх» (от простого к сложному). Сначала на золотую фольгу наносятся молекулы мономерного соединения (1), которые при дальнейшем нагревании отщепляют галоген с образованием стабилизированных поверхностью бирадикалов (рис. 1). Перемещаясь по поверхности, эти радикалы последовательно объединяются в ленту полимера (2), которая при последующем нагревании до 400°C дегидрируется с образованием графеновой ленты (3). При этом на краях такой ленты остаются атомы водорода, защищающие краевые углеродные атомы от окисления кислородом воздуха.
Рис. 1. Реакции, протекающие при синтезе графеновых лент.
1. Оцените ширину графеновой ленты D (рис. 1), если длина C-C связи равна 0,14 нм. Являются ли эти ленты нанообъектами? Напишите химическую формулу получившегося полимера. (1 балл)
2. В чем преимущество таких графеновых нанолент перед нанолентами, полученными «от сложного к простому» (например, фотолитографией из графена)? (1 балл)
3. Графеновые ленты на практике также можно получать мягким окислительным продольным «расстегиванием» углеродных нанотрубок. Почему такой метод не рассматривается для получения графеновых лент с шириной близкой к D? (0,5 балла)
4. Исходя из структуры полимеров 2 и 3, объясните профили высот (рис. 2а) для этих полимеров, если найденный по СТМ изображению период полимера 2 (L на рис. 2б) составляет 0,86 нм. (2 балла)
Рис. 2 а) Профили высот полимеров 3 и 2 вдоль оси x (расположение оси показано стрелками на СТМ изображениях); б) увеличенное СТМ изображение полимера 2.
Рис. 3. Иллюстрации а) - в) к вопросу 5; г) к вопросу 6; д) к вопросу 7.
5. Как несложно увидеть по рис. 3 (а, в), получить ленты шириной в 3, 5 … 2n+1 шестиугольных циклов довольно просто. Нарисуйте структуру исходного реагента для получения графеновой ленты шириной в 4 шестиугольных цикла (рис. 3б), если его молекула без учета атомов брома обладает высокой симметрией. (1,5 балла)
6. Какую ширину (в нм) и форму будет иметь графеновая лента, полученная из реагента г) (рис. 3г)? (2 балла)
7. Что получится, если в описанной методике в наносимый на подложку мономер г) (рис. 3г) добавить небольшое количество соединения д) (рис. 3д)? (1 балл)
8. Где могут найти применение такие графеновые ленты? (1 балл)
