L'injection de charge a été largement utilisée pour régler le niveau d'énergie des électrons dans les semi-conducteurs sans altérer leurs structures microscopiques. Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur ZHU Yanwu de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a découvert une autre fonction de l'injection de charge. En chargeant des molécules de C60 disposées périodiquement dans un réseau cubique à faces centrales (fcc) avec a-Li3N, un nouveau cristal de carbone poreux ordonné à longue portée (LOPC) a été formé. Ce résultat a été publié dans Nature.
Contrairement à la plupart des cristaux élémentaires dans lesquels les blocs de construction sont constitués de plusieurs atomes, le bloc de construction du LOPC dans cette étude est une molécule de C60 , communément appelée Soccerene ou Buckyball. Le LOPC possède les caractéristiques de l'ordre à longue portée dans le cristal tridimensionnel (3D) et des molécules de C60 partiellement brisées et connectées comme blocs de construction.
À des températures élevées et à la pression ambiante, l'a-Li3N donne des électrons aux molécules de C60 , ce qui provoque l'expansion du nuage électronique entourant le C60. Avec l'aide des dipôles formés, les nuages d'électrons des molécules de C60 adjacentes dans le réseau fcc peuvent se chevaucher, formant des liaisons covalentes (liaisons C-C) entre les molécules de C60.
La méthode d'activation chimique à l'aide d'hydroxyde de potassium, qui a permis de reconstruire le graphène en un carbone 3D, a également été adoptée par l'équipe de recherche. Cependant, un tel carbone 3D possède une structure désordonnée car l'activation chimique est trop violente par rapport à la méthode d'injection d'électrons à partir de α-Li3N. La supériorité de l'injection d'électrons a été démontrée en préservant l'empilement périodique des nanomatériaux qui servent de blocs de construction.
De nombreuses applications potentielles du LOPC doivent être explorées à l'avenir. Par exemple, en raison de sa porosité élevée, il pourrait fournir d'abondants chemins de diffusion de liquides ou de gaz, ce qui en fait un excellent candidat pour le chargement de catalyseurs.
La méthode d'injection d'électrons proposée dans l'étude offre une nouvelle approche pour construire de nouveaux matériaux à la manière des LEGO, permettant le contrôle précis de l'interface dans les structures cristallines.
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