کشف کربن متخلخل؛ شکل جدیدی از کربن

خبرگزاری برنا؛ مشهورترین اشکال کربن شامل گرافیت و الماس است، اما آلوتروپ‌های نانوذر‌ه‌ای عجیب دیگری از کربن نیز وجود دارد. این موارد شامل گرافن و فولرن است که کربن در آن هیبریداسیون SP۲ داشته و شکل‌های مسطح (انحناء صفر) یا کره‌ای (انحناء مثبت) دارند.

در همین حال، کربن هیبریداسیون SP۲ با انحناء منفی به‌نام “شوارتزیت” از نظر تئوری پیشنهاد شده است و کشف آن رویای برخی دانشمندان در زمینه مواد کربنی بوده است.

کربن را می‌توان در بعضی از منافذ برخی زئولیت‌های خاص از طریق رسوب بخار الگودهی کرد اما این قالب‌دهی به‌دلیل باریک بودن برخی منافذ، ناقص است. این موضوع باعث شده است که ساخت شوارتزیت‌های کربن با روش قالب‌بندی به نتیجه نرسد.

به تازگی، تیمی از محققان مرکز مواد کربن چند بعدی در انستیتوی علوم پایه (IBS)، کره‌جنوبی به رهبری رودنی روف و همکارانش در دانشگاه علوم و فناوری چین به رهبری استاد یانوو ژو، اعلام کرد که شکل جدیدی از کربن را ساخته است.

پروفسور زو گفت: «رودنی روف علاقه خود را به سطوح مینیمال دوره‌ای سه‌گانه که توسط ریاضیدان شوارتز توصیف شده است، نشان داد و اینکه چگونه کربن پیوند شده سه‌گانه می‌تواند ساختارهای مشابه شوارتز داشته باشد. اکنون به این ساختارها ” کربن شوارتزیت “گفته می‌شود و همچنین می‌توان آن را کربن انحنای منفی نامید. من سال‌ها پیش به او گفتم که این یک موضوع تحقیقاتی هیجان‌انگیز است و می‌توان راه‌هایی برای همکاری روی این موضوع پیدا کرد.»

این شکل جدید از کربن با استفاده از C۶۰ Fullerene که به آن “مولکول‌های باکی‌بال” نیز گفته می‌شود به‌عنوان ماده پایه قابل تولید است. C۶۰ با A-LI۳N (آلفا لیتیوم نیترید) مخلوط شده و سپس در حالی که در یک جو با فشار بالا نگه داشته می‌شود، تا حد متوسط گرم می‌شود. A-LI۳N شکستن برخی از پیوندهای کربن کربن در C۶۰ را کاتالیز می‌کند و پیوندهای جدید C-C با مولکول‌های C۶۰ همسایه از طریق انتقال الکترون به مولکول‌های C۶۰ تشکیل می‌شوند.

پروفسور روف گفت: «در این پروژه، پروفسور زو و همکارانش از یک عامل انتقال الکترونی قوی (A-LI۳N) استفاده کردند تا با کریستالی فولرن، نوع جدیدی از کربن را ایجاد کنند.»

پروفسور زو و تیمش این ساختار کربنی جدید را  کربن متخلخل با نظم بلند برد (LOPC) نامگذاری کردند. LOPC از “قفس C۶۰ شکسته” تشکیل شده است که با تناوبی دوربرد به هم متصل شده‌اند. یعنی قفس‌های شکسته C۶۰ هر کدام هنوز هم در سایت‌های شبکه FCC  قرار دارند، اما آن‌ها تا حدی باز شده اند و با یکدیگر پیوندهایی ایجاد می‌کنند. این وضعیت تا حدودی غیرمعمول است، هنوز نظم دوره‌ای با برد طولانی از یک نوع خاص وجود دارد، اما همه قفس C۶۰ شکسته با همسایگان خود یکسان نیست.

مشخص شد که تشکیل LOPC در دمای محدودی و شرایط نسبت کربن/LI۳N خاصی رخ داده است. گرم کردن تا ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد با نسبت ۵: ۱ بین کربن و LI۳N باعث تخریب جزئی (شکستن برخی از پیوندهای C-C) از باکی‌بال می‌شود، که منجر به کشف ساختار “قفس C۶۰ شکسته” شد که در LOPC یافت می‌شود.

از کاربردهای احتمالی این ساختار می‌توان به برداشت انرژی، ذخیره انرژی، جداسازی یون یا مولکول و همچنین ساخت کاتالیست اشاره کرد.

انتهای پیام/