28.09.2022 - Universidade de Santiago de Compostela

Résoudre les problèmes de stabilité des dérivés pertinents du graphène

Une équipe internationale composée de chimistes, de physiciens et de spécialistes des matériaux met en œuvre des stratégies de protection/déprotection pour la synthèse en surface de nanostructures de graphène technologiquement importantes.

Au cours des dernières décennies, une nouvelle approche de synthèse a été développée, généralement appelée "synthèse sur surface", qui s'écarte considérablement de la chimie humide standard. Au lieu de l'espace tridimensionnel des solvants dans cette dernière, l'environnement des réactifs dans cette nouvelle approche sont des surfaces solides bidimensionnelles bien définies qui sont généralement maintenues sous vide. Ces différences ont permis de synthétiser avec succès une grande variété de structures moléculaires qui ne pouvaient être obtenues par des moyens conventionnels. Parmi les structures qui suscitent un intérêt particulier, nous trouvons les nanostructures de carbone avec des bords en zigzag, qui confèrent aux matériaux des propriétés électroniques et même magnétiques passionnantes, potentiellement intéressantes pour une grande variété d'applications, notamment les technologies quantiques.

Un inconvénient important de ces matériaux, cependant, est qu'ils manquent souvent de stabilité chimique suffisante pour résister à l'exposition à l'air. C'est pourquoi des environnements comme le vide sont utilisés pour rendre la synthèse possible. Malheureusement, pour leur mise en œuvre finale dans des dispositifs réels, ces structures doivent être manipulées et transférées hors du vide, ce qui dégraderait les matériaux et compromettrait donc leur utilisation potentielle. Il est donc nécessaire de concevoir de nouvelles stratégies pour les processus de fabrication des dispositifs. En chimie conventionnelle, les stratégies de protection/déprotection sont couramment appliquées pour surmonter les problèmes de stabilité. Cependant, il restait à vérifier si ces stratégies de chimie de protection pouvaient également être appliquées à la "synthèse sur surface".

Dans ce travail, une équipe internationale du DIPC et du CFM (CSIC-UPV/EHU) à San Sebastian, du CIQUS - Universidade de Santiago de Compostela, de l'Académie tchèque des sciences (Prague), de l'Université Palacký (Olomouc), d'Ikerbasque (Pays basque) et du CINN (CSIC-UNIOVI-PA) à El Entrego, a réalisé de tels tests avec des bandes étroites de nanorubans de graphène présentant une grande densité d'arêtes en zigzag. Les travaux, maintenant publiés dans Nature Chemistry, présentent deux méthodes connexes mais complémentaires pour appliquer la stratégie de protection/déprotection aux segments réactifs des bords en zigzag des nanorubans.

En particulier, ils ont démontré l'utilisation de l'hydrogène atomique comme moyen de protéger le graphène nanostructuré des effets oxydants de l'atmosphère. Ensuite, les nanostructures ont été facilement déshydrogénées et reconverties dans leur forme originale par recuit. Une autre approche leur a permis de convertir une forme chimiquement modifiée et stable à l'air des nanostructures de graphène avec des groupes latéraux cétoniques protecteurs, en molécules d'intérêt.

Les implications de ces résultats sont considérables. La stratégie de protection/déprotection démontrée devrait être applicable de manière similaire aux nanostructures de graphène avec des segments de bord en zigzag différents de ceux étudiés ici. Elle ouvre donc de nouvelles portes pour la conception d'approches visant à intégrer les nanostructures de carbone dans des dispositifs et peut ainsi rapprocher l'exploitation des caractéristiques uniques de leurs bords en zigzag d'applications évolutives, un grand défi scientifique qui touche à la fois la physique, la chimie, la science des matériaux et l'ingénierie.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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