Nieuw werk van een team van wetenschappers onder leiding van Drs. Kuo Li en Haiyan Zheng van het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) hebben samen met Dr. Jing Ju van de Universiteit van Peking ontdekt dat drukgeïnduceerde polymerisatie van 1, 4-difenylbutadiyne produceert kristallijne grafitische nanoribbons. Hun studie biedt een nieuwe strategie om kristallijne bulkgrafeen-nanoribbons te synthetiseren met ordening op atoomschaal en gecontroleerde breedte. Het resultaat is onlangs gepubliceerd in Tijdschrift van de American Chemical Society .

Grafitische nanoribbons (GNR's) zijn stroken grafeen, die een bandgap heeft die niet nul is en een grote potentiële toepassing laat zien op het gebied van elektronische en opto-elektronische apparaten op nanoschaal. De band gap is gesloten met betrekking tot de breedte, backbone- en edge-structuren, evenals vervangingen op atomair niveau. Dus, de synthese van atomair nauwkeurige GNR's is zeer kritisch. De 'bottom-up'-methode, inclusief de oppervlakte-geassisteerde en oplossingsgemedieerde synthesemethode, is een aantrekkelijk protocol om de GNR's met de gewenste structuur te construeren. Echter, deze twee methoden zijn niet geschikt voor het synthetiseren van bulk kristallijne GNR's.

Een veelbelovende benadering om kristallijne producten te verkrijgen is topochemische polymerisatie in vaste toestand, die kan worden geïnduceerd in een beperkte gekristalliseerde omgeving onder externe fysieke stimuli (licht, warmte, druk, enzovoort.). Helaas, de reactietypen van de SSTP zijn beperkt tot enkele typen, zoals 1, 4-toevoeging, [2+2] cycloadditie en azide-alkyn cycloadditie. De meest gebruikte Diels-Alder (DA) en Dehydro-Diels-Alder (DDA) -reacties voor het bouwen van een nieuwe zesledige carbocyclus in oplossing worden nauwelijks gezien in vaste-stofreacties, omdat het bereiken van de juiste oriëntatie en afstand tussen een dieen en een dienofiel buitengewoon uitdagend is.

Drukgeïnduceerde polymerisatie (PIP) heeft zijn unieke voordelen aangetoond bij de synthese van verschillende nieuwe kristallijne materialen, omdat druk de meest effectieve manier is om de kristalstructuur te reguleren en de intermoleculaire afstand van reactant te comprimeren. Door gebruik te maken van in situ Raman- en IR-spectroscopie, vonden de auteurs dat de PIP van 1, 4-difenylbutadiyn (DPB) start via een onverwachte DDA-reactie met fenyl als dienofiel in plaats van 1, 4-additiereactie tussen diynes. Door gebruik te maken van meerdere geavanceerde technieken, de auteurs bevestigden dat het product kristallijne grafiet-nanoribbons voor fauteuils zijn. Het heeft een grafeen nanoribbon structuur met sp ³ -koolstoffen aan de rand. We kunnen verwachten dat de sp ³ koolstof kan worden omgezet in sp ² -koolstoffen door waterstof te verliezen en een goed gedefinieerde GNR-structuur met een duidelijke fauteuilrand en een breedte van 1 nm zal worden geproduceerd.

Verder, de onderzoekers voerden ook in situ hogedrukneutronendiffractie uit om de kristalstructuur van DPB bij de reactiedrempeldruk (10 GPa) te onderzoeken en de kritische afstand van deze DDA-reactie werd bepaald als 3,2 . Op basis van verschillende kwantitatieve afstanden van de verschillende reactieve posities vóór de reactie, zij stelden voor dat de PIP wordt gedomineerd door de afstand van reactieve posities, die verschilt van de oplossingsreactie die wordt gedomineerd door de actieve van functionele groepen.