Дефект Стоуна – Уэльса
Дефект Стоуна-Уэйлса — это кристаллографический дефект , который включает изменение связности двух с π-связью атомов углерода , что приводит к их повороту на 90 ° относительно середины их связи. [1] Реакция обычно включает преобразование нафталинподобной структуры в фульваленоподобную структуру, то есть двух колец, имеющих общий край, и двух отдельных колец, вершины которых связаны друг с другом.
Реакция происходит на углеродных нанотрубках , графене и подобных углеродных каркасах, где четыре соседних шестичленных кольца пиреноподобной области заменяются на два пятичленных кольца и два семичленных кольца, когда связь, соединяющая два соседних кольца, превращается в два пятичленных кольца и два семичленных кольца. кольца вращаются. Считается, что в этих материалах перегруппировка имеет важные последствия для термических, [3] химические, электрические и механические свойства. [4] Перегруппировка является примером перегруппировки пирациклена .
История
[ редактировать ]Дефект назван в честь Энтони Стоуна и Дэвида Дж. Уэйлса из Кембриджского университета , которые описали его в статье 1986 года. [5] по изомеризации фуллеренов . Однако аналогичный дефект был описан гораздо раньше Г. Дж. Динесом в 1952 г. в статье о механизмах диффузии в графите. [6] а позже, в 1969 году, в статье дефектах графита о Питера Троуэра . [7] термин « дефект Стоуна – Троуэра – Уэльса» По этой причине иногда используется .
Структурные эффекты
[ редактировать ]Дефекты были обнаружены с помощью сканирующей туннельной микроскопии. [ нужна ссылка ] и трансмиссионная электронная микроскопия [8] и может быть определен с использованием различных методов колебательной спектроскопии . [ нужна ссылка ]
Было высказано предположение, что слияния процесс фуллеренов или углеродных нанотрубок может происходить посредством последовательности таких перегруппировок. [ нужна ссылка ] Считается, что этот дефект ответственен за наномасштабную пластичность и хрупко-пластичные переходы в углеродных нанотрубках. [ нужна ссылка ]
Химические детали
[ редактировать ]Энергия активации простого атомного движения, которое приводит к вращению связи, наблюдаемому в дефектах Стоуна-Уэйлса, довольно высока - барьер в несколько электронвольт . [4] [9] но различные процессы могут создавать дефекты при существенно меньших энергиях, чем можно было бы ожидать. [8]
Перегруппировка создает структуру с меньшей резонансной стабилизацией среди sp 2 участвуют атомы и более высокая энергия деформации в локальной структуре. В результате дефект создает область с большей химической реакционной способностью, в том числе действующую как нуклеофил. [ нужна ссылка ] и создание предпочтительного сайта для связывания с атомами водорода. [10] Высокое сродство этих дефектов к водороду в сочетании с большой площадью поверхности объемного материала может сделать эти дефекты важным аспектом использования углеродных наноматериалов для хранения водорода. [10] Включение дефектов в сеть углеродных нанотрубок может запрограммировать цепь углеродных нанотрубок на увеличение проводимости по определенному пути. [ нужна ссылка ] В этом сценарии дефекты приводят к делокализации заряда, которая перенаправляет входящий электрон по заданной траектории.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Брейфиндли, Эванджелина; Ирас, Эрика Э.; Кастро, Клэр; Карни, Уильям Л. (2015). «Перегруппировки Стоуна-Уэйлса в полициклических ароматических углеводородах: вычислительное исследование». Дж. Орг. Хим . 80 (8): 3825–3831. дои : 10.1021/acs.joc.5b00066 . ПМИД 25843555 .
- ^ Бьоркман, Т; Кураш, С; Лехтинен, О; Котакоски, Дж; Язьев О.В.; Шривастава, А; Скакалова В; Смет, Дж. Х.; Кайзер, Ю; Крашенинников, А.В. (2013). «Дефекты в двухслойном кремнеземе и графене: общие тенденции в различных гексагональных двумерных системах» . Научные отчеты . 3 : 3482. Бибкод : 2013NatSR...3E3482B . дои : 10.1038/srep03482 . ПМЦ 3863822 . ПМИД 24336488 .
- ^ Чжан, Кайван; Стокс, Дж. Малкольм; Чжун, Цзяньсинь (июнь 2007 г.). «Плавление и предплавление углеродных нанотрубок» . Нанотехнологии . 18 (28): 285703. Бибкод : 2007Nanot..18B5703Z . дои : 10.1088/0957-4484/18/28/285703 . Проверено 31 августа 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Чжоу, Л.Г.; Ши, Сан-Цян (2003). «Энергия образования дефектов Стоуна – Уэйлса в углеродных нанотрубках» (PDF) . Прил. Физ. Летт . 83 (6): 1222–1225. Бибкод : 2003ApPhL..83.1222Z . дои : 10.1063/1.1599961 . HDL : 10397/4230 .
- ^ Стоун, Эй Джей; Уэльс, диджей (1986). «Теоретические исследования икосаэдра C 60 и некоторых родственных структур». Письма по химической физике . 128 (5–6): 501–503. Бибкод : 1986CPL...128..501S . дои : 10.1016/0009-2614(86)80661-3 .
- ^ Динес, Г.Дж. (1952). «Механизм самодиффузии в графите». Журнал прикладной физики . 23 (11): 1194–1200. Бибкод : 1952JAP....23.1194D . дои : 10.1063/1.1702030 . hdl : 2027/mdp.39015095100155 .
- ^ Троуэр, Пенсильвания (1969). «Исследование дефектов графита методом просвечивающей электронной микроскопии». Химия и физика углерода . 5 : 217–320.
- ^ Перейти обратно: а б Котакоски, Дж.; Мейер, Дж. К.; Кураш, С.; Сантос-Коттин, Д.; Кайзер, У.; Крашенинников, А.В. (2011). «Преобразования типа Стоуна-Уэльса в углеродных наноструктурах, вызванные электронным облучением». Физ. Преподобный Б. 83 (24): 245420–245433. arXiv : 1105.1617 . Бибкод : 2011PhRvB..83x5420K . дои : 10.1103/PhysRevB.83.245420 . S2CID 15204799 .
- ^ Фаулер, Патрик В.; Бейкер, Джон (1992). «Энергетика превращения пирацилена Стоуна – Уэльса». Дж. Хим. Soc., Перкин Транс. 2 (10): 1665–1666. дои : 10.1039/P29920001665 .
- ^ Перейти обратно: а б Летарди, Сара; Селино, Массимо; Клери, Фабрицио; Розато, Витторио (2002). «Адсорбция атомарного водорода на дефекте Стоуна – Уэльса в графите». Поверхностная наука . 496 (1–2): 33–38. Бибкод : 2002SurSc.496...33L . дои : 10.1016/S0039-6028(01)01437-6 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с дефектом Стоуна-Уэльса, на Викискладе?
