Ein verbessertes Verständnis der Graphenchemie

Forscher haben neue Wege entwickelt, um Graphen herzustellen, was neue und verbesserte chemische und physikalische Eigenschaften ermöglichen wird.

Grundlagenforschung

Graphen kann durch mechanische Spaltung von Graphit oder durch chemische Dampfabscheidung auf Metallfolien erzeugt werden. Diese Methoden produzieren qualitativ hochwertiges Graphen, das aber noch für spezifische Funktionen abgestimmt werden muss, was eine Herausforderung bleibt. Die EU-finanzierte Initiative MULTIGRAPHCHEM (Multifunctional graphene by means of a chemical approach) arbeitete an der Synthese multifunktionellen Graphens und verwandter 2D-Materialien mit neuen chemischen Methoden. Ziel war es, das Graphen während seiner Synthese zu funktionalisieren und magnetische, optische, elektrochemische und katalytische Eigenschaften einzuführen. MULTIGRAPHCHEM synthetisierte mehrere lösliche funktionalisierte Graphenmaterialien mit unterschiedlichen organischen Molekülen unter Verwendung verschiedener Strategien. Die Forschung war in zwei Teile aufgeteilt. Zuerst wurden kovalent funktionalisierte Graphenderivate über Benchmark-reduktive Wege und unter Verwendung von Graphit-Interkalationsverbindungen (GIC) synthetisiert. Dies lieferte wichtige Einblicke in das Verständnis der Grundprinzipien der reduktiven Graphenfunktionalisierung und wird als Leitfaden für die Entwicklung neuer Graphenfunktionalisierungskonzepte dienen. Danach untersuchten die Forscher den nicht-kovalenten Funktionalisierungsansatz mit wasserlöslichen maßgeschneiderten Perylendiimiden. Sie fügten das funktionalisierte Graphen zu dünnen Filmen zusammen und hybridisierten es mit Metallnanopartikeln. Diese wurden dann verwendet, um graphenbasierte Materialien mit interessanten (opto-) elektronischen und magnetischen Eigenschaften zu erzeugen. Alle über Graphen erworbenen Kenntnisse wurden angewandt, um die Chemie anderer verwandter Einzelelementschichten von höchster Wichtigkeit zu entwickeln. In diesem Sinne wurde erstmals das flüssige Peeling von lösungsmittelstabilisiertem schwarzem Phosphor und dessen nicht-kovalente Funktionalisierung entwickelt. Darüber hinaus entwickelten die Forscher einen Weg, um sehr stabile Suspensionen von hochwertigen Ein- oder Wenigschicht-Antimonen zu produzieren, eine sehr vielversprechende neuartige Verbindung. Diese Ergebnisse liefern ein besseres Verständnis der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Graphen und verwandten 2D-Materialien. Dies wird weitreichende Auswirkungen auf die Materialwissenschaft in den kommenden Jahren haben.

Schlüsselbegriffe

Graphen, MULTIGRAPHCHEM, funktionalisiertes Graphen, Nanopartikel, Antimonin

Multifunctional Graphene by means of a Chemical Approach

Ein verbessertes Verständnis der Graphenchemie

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