In een onderzoek onder leiding van prof. Wei Xu (Interdisciplinair Materials Research Center, School of Materials Science and Engineering, Tongji University) en gepubliceerd in het tijdschrift National Science Review bereikte een onderzoeksteam de succesvolle synthese van een eendimensionale koolstofketen op het Au(111)-oppervlak, waarbij de langste keten ongeveer 120 koolstofatomen bevat, en de polyynische aard van de koolstofketen werd ondubbelzinnig gekenmerkt door door binding opgeloste atoomkracht microscopie (AFM).

De creatie van nieuwe koolstofvormen met verschillende topologieën is een spannend onderwerp geworden in zowel de fundamentele chemie als de materiaalkunde. Carbyne (lineaire koolstofketen), een ongrijpbare sp-gehybridiseerde lineaire koolstofallotroop, fascineert scheikundigen en natuurkundigen al tientallen jaren. Vanwege de hoge chemische reactiviteit en extreme instabiliteit werd carbyne veel minder onderzocht.

Synthese op het oppervlak komt naar voren als een veelbelovende aanpak voor atomair nauwkeurige fabricage van zeer reactieve 1D-nanostructuren met sp-hybridisatie die nauwelijks kunnen worden gesynthetiseerd via conventionele synthetische chemie. Xu's groep maakte gebruik van de on-surface synthesestrategie, waarbij gebruik werd gemaakt van C₄ Br₆ als voorloper, om polyynische koolstofketens op het Au(111)-oppervlak te synthetiseren via dehalogenatieve polymerisatie en daaropvolgende demetallisatie, en de langste keten bestaat uit ~120 koolstofatomen.

Door obligaties opgeloste AFM onthulde ondubbelzinnig de polyynische structuur van koolstofketens met afwisselend enkele en drievoudige bindingen.

Om bovendien de intrinsieke elektronische eigenschap van de koolstofketen te meten, is een specifieke C₁₄ polyyne werd geproduceerd via door de punt geïnduceerde dehalogenering en ringopening van het decachloorantraceenmolecuul (C₁₄ Cl₁₀ ) op een dubbellaags NaCl/Au(111)-oppervlak bij 4,7 K. De elektronische eigenschappen werden gekarakteriseerd door scanning tunneling spectroscopie (STS), waarbij twee uitgesproken pieken vertoonden bij –3,4 V en 2,4 V, overeenkomend met de positieve en negatieve ionenresonanties (PIR en NIR), die respectievelijk een bandafstand van 5,8 eV vertonen.

Dit werk van de groep van prof. Wei Xu biedt experimentele inzichten in de structuur van de polyynische koolstofketens en kan een weg openen voor de synthese en karakterisering van lange polyynen zonder eindgroepen.

Meer informatie: Wenze Gao et al., On-surface synthese en karakterisering van polyynische koolstofketens, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae031

Aangeboden door Science China Press