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Supramolecular Approach to Schwarzite Carbon Materials

Description du projet

Construire des réseaux de carbone en 3D inspirés des schwarzites

Au cours des trois dernières décennies, des progrès importants ont été réalisés dans le développement de matériaux carbonés hybrides sp2 à zéro, une et deux dimensions. Pourtant, leurs équivalents tridimensionnels, connus sous le nom de carbones de schwarzite ou de cristaux de Mackay-Terrones, n’ont pas encore été réalisés malgré leur potentiel électronique prévu. Dans cette optique, le projet SCHWARZITE, financé par le CER, vise à mettre au point des méthodes de synthèse pratiques pour ces structures de carbone poreuses et cristallines. S’appuyant sur une nouvelle méthode de production d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) contenant des heptagones, l’équipe concevra des nanostructures en forme de selle qui s’autoassembleront autour de modèles de fullerènes. À l’aide d’études de liaison supramoléculaire et de la diffraction des rayons X, les chercheurs créeront et caractériseront des structures π-conjuguées. Cette avancée ouvrira la voie à une nouvelle classe de matériaux poreux et conducteurs à base de carbone.

Objectif

Considerable progress has been made over the past thirty years in the synthesis and preparation of 0D, 1D, and 2D sp2-hybridized carbon materials, as well as for their smaller discrete nanosized polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) counterparts. However, 3D sp2-hybridized carbon networks, called schwarzite carbons or Mackay-Terrones crystals – first proposed in the early 1990s – remain elusive, despite exciting electronic properties and important applications being predicted for these porous crystalline all-carbon solids by theoreticians. Little activity has been devoted to this new class of carbon materials due to the enormous challenges foreseen for their synthesis. Even research towards 7- and 8-membered rings, whose saddle-shaped structures are the prerequisite for schwarzite-type molecular carbon materials, has only recently become a research focus for a still small number of chemists.
Based on an efficient synthetic method for heptagon-containing PAHs recently developed by our laboratory and the subsequent demonstration of the perfect schwarzite-like organization of four of such molecules around a C60-fullerene template, we herein propose rational strategies for both schwarzite-inspired saddle-shaped nanostructures as well as 3D schwarzite-like porous pi-conjugated solid-state materials. Thus, in this project, novel saddle-shaped PAHs bearing schwarzite-inspired sequences of hexagons and heptagons will be synthesized and self-assembled around fullerenes and other spherical template molecules, and characterized by supramolecular binding studies and single-crystal X-ray diffraction. Various synthetic approaches will be pursued for the post-functionalization of these complexes to afford pi-conjugated cage molecules and schwarzite-type pi-conjugated 3D materials. The functional properties of these novel materials will be explored with a broad repertoire of available techniques in our laboratory.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2024-ADG

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Institution d’accueil

JULIUS-MAXIMILIANS-UNIVERSITAT WURZBURG
Contribution nette de l'UE
€ 2 500 000,00
Adresse
SANDERRING 2
97070 Wuerzburg
Allemagne
Région
Bayern Unterfranken Würzburg, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
Aucune donnée

Bénéficiaires (1)