Illustration av CNS med Riemann-yta. Kredit:WANG Jinyi et al.
Albert Einstein konstruerade ekvationer av allmän relativitet genom att anta Riemanns geometri. Förutom nyckelrollen den spelade inom matematik och fysik, har Riemanns geometri gett förutsägelser för egenskaperna hos krökta kolmaterial. Syntesen av så komplicerade kolmaterial med Riemann-ytor är dock fortfarande en stor utmaning.
I en studie publicerad i Nature Communications , ett forskarlag under ledning av Prof. Du Pingwu från University of Science and Technology of China (USTC) vid den kinesiska vetenskapsakademin, rapporterade syntesen av ett π-förlängt nanografen kol nanosolenoid (CNS) material. Materialet bestod av kontinuerliga spiralformade grafenplan, vilket var typiskt för Riemanns yta. CNS visade speciella fotoluminescens och magnetiska egenskaper.
För att erhålla materialet syntetiserade forskarna först polyfenylenprekursor (P1) genom en Pd-medierad Suzuki-koppling, och genomförde sedan en Scholl-reaktion som cyklodehydreringssteget. De bekräftade förekomsten av CNS genom att identifiera förändringar i solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) och Fourier transform infrarött (FT-IR) spektrum mellan P1 och CNS.
På grund av dess utökade π-konjugation uppvisade CNS rödskiftat emissionsband jämfört med P1. Livstiderna för P1 och CNS skiljer sig också mätt med tekniken för tidsupplöst fotoluminescens (TRPL), vilket indikerar påverkan av stor π-konjugering i CNS.
Konventionell TEM skulle, på grund av dess höga energiproduktion, orsaka strukturella skador på CNS. Således antog forskare en lågdos integrerad differentiell faskontrast scanning transmissionselektronmikroskopi (iDPC-STEM) och observerade enkelsträngad CNS-helix. Den observerade spiralformade stigningen och bredden överensstämde väl med beräkningen.
Forskare studerade sedan de magnetiska och elektroniska egenskaperna hos CNS. Som framgår av elektronparamagnetisk resonans (EPR)-spektroskopi, fanns ett stort antal radikaloider i CNS vid rumstemperatur. Superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometri indikerade en magnetiseringsminneseffekt under 150 K. Dessutom kunde en stor termisk hysteres observeras under 10 K som ett resultat av brott av π-elektroner på grund av helixstrukturen.
Detta arbete introducerade en enkel syntetisk metod för CNS med Riemann-ytor och gjorde det möjligt att studera de nya fysikaliska egenskaperna hos sådana material. + Utforska vidare
