Nytt arbete från ett team av forskare ledd av Drs. Kuo Li och Haiyan Zheng från Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) samarbetade med Dr Jing Ju från Peking University fann tryckinducerad polymerisation av 1, 4-difenylbutadiyn producerar kristallina grafitiska nanoband. Deras studie ger en ny strategi för att syntetisera kristallina bulk grafen nanoband med atom-skala ordning och kontrollerad bredd. Resultatet publiceras nyligen i Journal of the American Chemical Society .

Grafiska nanoband (GNR) är remsor av grafen, som har ett bandgap som inte är noll och visar stor potentiell tillämpning inom området för elektroniska och optoelektroniska enheter i nanoskala. Bandgapet är stängt beroende på dess bredd, ryggrads- och kantstrukturer samt substitutioner på atomnivå. Således, syntesen av atomärt exakta GNR är mycket kritisk. "Bottom-up"-metoden inklusive den ytassisterade och lösningsmedierade syntesmetoden är ett attraktivt protokoll för att konstruera GNR med önskad struktur. Dock, dessa två metoder är inte lämpliga för att syntetisera kristallina GNR i bulk.

Ett lovande tillvägagångssätt för att erhålla kristallina produkter är topokemisk polymerisation i fast tillstånd, som kan induceras i en begränsad kristalliserad miljö under yttre fysiska stimuli (ljus, värme, tryck, etc.). Tyvärr, reaktionstyperna för SSTP är begränsade till ett fåtal typer, som 1, 4-tillägg, [2+2] cykloaddition och azid-alkyn cykloaddition. De mest använda Diels-Alder (DA) och Dehydro-Diels-Alder (DDA) reaktionerna för att bygga en ny sexledad karbocykel i lösning ses knappt i fasta tillståndsreaktioner, eftersom att uppnå rätt orientering och avstånd mellan en dien och en dienofil är extremt utmanande.

Tryckinducerad polymerisation (PIP) har visat sina unika fördelar i syntesen av olika nya kristallina material, eftersom tryck är det mest effektiva sättet att reglera kristallstrukturen och komprimera det intermolekylära avståndet för reaktanten. Genom att använda in situ Raman och IR-spektroskopi, författarna fann att PIP av 1, 4-difenylbutadiyn (DPB) startar via en oväntad DDA-reaktion med fenyl som dienofil istället för 1, 4-additionsreaktion mellan diynes. Genom att använda flera banbrytande tekniker, författarna bekräftade att produkten är kristallina grafitiska nanorband för fåtöljer. Den har en grafen nanorribbon struktur med sp ³ -kol vid kanten. Vi kan förvänta oss att sp ³ kol kan omvandlas till sp ² -kol genom att förlora väte och en väldefinierad GNR-struktur med en tydlig fåtöljkant och bredd på 1 nm kommer att produceras.

Vidare, forskarna utförde också in situ högtrycksneutrondiffraktion för att utforska kristallstrukturen hos DPB vid reaktionströskeltrycket (10 GPa) och det kritiska avståndet för denna DDA-reaktion bestämdes till 3,2 Å. Baserat på flera kvantitativa avstånd för de olika reaktiva positionerna före reaktion, de föreslog att PIP domineras av avståndet mellan reaktiva positioner, som skiljer sig från lösningsreaktionen som domineras av de aktiva av funktionella grupper.