883
Науковці з Гетеборзького університету вперше отримали нову форму вуглецю — діамондіїн, яку раніше вважали лише теоретично можливою. Про роботу команди розповідає видання SciTechDaily. Новий алотроп утворює пористу тривимірну кристалічну решітку, що за базовою формою нагадує алмаз, але не потребує високого тиску для синтезу.
Що таке діамондіїн і чим він відрізняється від алмазу
Діамондіїн — це алотроп вуглецю, тобто одна з форм елемента, яка відрізняється розташуванням атомів. До найвідоміших алотропів належать алмаз і графіт. У новому матеріалі вчені з’єднали атоми вуглецю за допомогою потрійних зв’язків.
Отримана структура кристалізується в мережу тетраедрів — геометричних фігур із чотирма трикутними гранями, з’єднаних «кут до кута» в усіх трьох вимірах. Між цими тетраедрами виникають порожнини, тому діамондіїн можна порівняти з «пористим алмазом».
Керівник дослідження, професор фізичної хімії Карл Бур’єссон (Karl Börjesson), підкреслює, що на відміну від алмазу, для утворення зв’язків у діамондіїні не потрібні екстремально високі тиски. Це відкриває можливість синтезу за допомогою відносно недорогого обладнання.
Як вдалося підтвердити нову кристалічну структуру
Теоретичну структуру діамондіїну запропонували ще близько 35 років тому, але донині її не вдавалося реалізувати. Команда з Гетеборга змогла сформувати цей матеріал у вигляді тонкої плівки на межі двох рідин.
Кристалічний візерунок підтвердили за допомогою електронної мікроскопії в Стокгольмському університеті. Поки що впорядковану решітку діамондіїну вдалося виявити лише у вигляді окремих ділянок на поверхні плівки.
За словами Бур’єссона, дослідникам вдалося отримати повторювані фрагменти структури об’ємом приблизно 10 нанометрів у кожному вимірі (10 × 10⁻⁹ метра). Зображення цих ділянок добре збігаються з теоретичними моделями. Водночас під час формування багато що може піти не так, і атоми вуглецю не завжди вибудовуються саме в діамондіїн.
Походження ідеї: від каркасів COF до нового алотропу
Відкриття стало продовженням багаторічної роботи групи над створенням пористих матеріалів, у яких органічні молекули з’єднуються між собою без участі металів. Такі структури називають ковалентними органічними каркасами (COF, covalent organic frameworks).
Вони відрізняються від метал-органічних каркасів (MOF, metal-organic frameworks), де органічні компоненти поєднуються з іонами металів. Розвиток MOF уже був відзначений Нобелівською премією з хімії 2025 року.
Колега розповів Карлу Бур’єссону про сайт, де теоретичні хіміки зібрали майже нескінченний перелік можливих алотропів вуглецю. Серед них був і діамондіїн із тетраедричною решіткою, описаний у теорії ще десятиліття тому. Після багатьох років спроб команді нарешті вдалося реалізувати цю структуру на практиці, що сам Бур’єссон називає дуже тривалим, але успішним шляхом.
Місце діамондіїну серед інших форм вуглецю
Довгий час до відомих алотропів вуглецю зараховували лише алмаз, графіт і три штучно створені форми: фулерен, вуглецеві нанотрубки та графен. Розробка фулеренів і графену була відзначена Нобелівськими преміями, зокрема тому, що сама можливість існування таких структур була несподіваною.
Останніми роками дослідники синтезували ще низку нових алотропів. Діамондіїн став першим із цієї «нової хвилі», який має повноцінну тривимірну структуру, а не лише двовимірні або одновимірні форми.
Що планують дослідити далі
Наступний крок команди — вивчити властивості діамондіїну та можливі сфери його застосування. Особливий інтерес викликає пориста будова: теоретично кілька структур діамондіїну можуть бути «переплетені» одна з одною через порожнини в решітці.
Поки що мова йде про дуже малі об’єми матеріалу та початкову стадію досліджень. Однак сам факт, що алотроп, який десятиліттями існував лише в розрахунках, вдалося отримати експериментально, відкриває нові можливості для проєктування вуглецевих матеріалів із заданими властивостями.
Вчені вперше створили пористий «родич» алмазу діамондіїн з’явилася спочатку на Цікавості.
