La inyección de electrones crea nuevos carbonos cristalinos

16.01.2023 - China

La inyección de carga se ha utilizado ampliamente para ajustar el nivel de energía de los electrones en los semiconductores sin alterar sus estructuras microscópicas. Recientemente, un equipo de investigación dirigido por el profesor ZHU Yanwu, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC) de la Academia China de Ciencias (CAS), descubrió otra función de la inyección de carga. Al cargar moléculas de C60 dispuestas periódicamente en una red cúbica de caras centrales (fcc) con a-Li3N, se formó un nuevo cristal de carbono poroso ordenado de largo alcance (LOPC). El resultado se publicó en Nature.

Image by PAN Fei et al.

Preparación de LOPC.

A diferencia de la mayoría de los cristales elementales, en los que los bloques de construcción son átomos diversos, el bloque de construcción del LOPC en este estudio es la molécula C60 , comúnmente conocida como Soccerene o Buckyball. El LOPC posee las características tanto de orden de largo alcance en el cristal tridimensional (3D) como de moléculas de C60 parcialmente rotas conectadas como los bloques de construcción.

A temperaturas elevadas y presión ambiente, el a-Li3N donaría electrones a las moléculas de C60 , lo que provocaría la expansión de la nube de electrones que rodea al C60. Con la ayuda de los dipolos formados, la nube de electrones de las moléculas adyacentes de C60 en la red fcc puede solaparse, formando enlaces covalentes (enlaces C-C) entre las moléculas de C60.

El equipo de investigación también ha adoptado el método de activación química con hidróxido de potasio, que logró reconstruir el grafeno en un carbono 3D. Sin embargo, dicho carbono 3D posee una estructura desordenada, ya que la activación química es demasiado violenta en comparación con el método de inyección de electrones de α-Li3N. La superioridad de la inyección de electrones se ha demostrado en la preservación del apilamiento periódico de los nanomateriales que sirven como bloques de construcción.

En el futuro se explorarán muchas aplicaciones potenciales de LOPC. Por ejemplo, debido a su elevada porosidad, podría proporcionar abundantes vías de difusión de líquidos o gases, lo que lo convertiría en un gran candidato en la carga de catalizadores.

El método de inyección de electrones propuesto en el estudio ofrece un nuevo enfoque para construir nuevos materiales a modo de LEGO, permitiendo el control preciso de la interfaz en las estructuras cristalinas.

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