2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Molekül von Naphthalin über Graphen
Physiker der Universität zu Köln haben einen Weg gefunden, die Stärke der Van-der-Waals-Wechselwirkungen zwischen Graphen und anderen Molekülen durch spezielle Additive zu kontrollieren. Dies ist die häufigste Art von Wechselwirkung, die zwischen jedem Molekül existiert. Die Studie ist in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht und wird von Physics kurz berichtet.
Die Autoren manipulierten Van-der-Waals-Wechselwirkungen durch Dotieren von Graphen mit verschiedenen Arten von Verunreinigungen. In dem Experiment verwendeten Physiker eine Graphen-Monoschicht, die auf einem Metallsubstrat abgeschieden wurde. Die Fremdatome befanden sich zwischen dem Nanomaterial und dem Substrat, um die exponierte Oberfläche der Probe nicht direkt zu beeinflussen.
Dann platzierten Physiker Graphen in einer Naphthalin-Dampfatmosphäre. Unter diesen Bedingungen wurden einige der Moleküle aufgrund von Van-der-Waals-Bindungen an der Oberfläche einer Kohlenstoffmonoschicht adsorbiert. Aufgrund der Tatsache, dass diese Bindungen eine niedrige Energie haben, erfolgt der Prozess ihrer Ablösung von der Oberfläche beim Erhitzen, und je schwächer die Bindung, desto niedrigere Temperaturen werden für die Ablösung von Molekülen benötigt.
Die Autoren verglichen die Temperaturen, die für verschiedene Arten von Dotierstoffen erforderlich sind – Elektronendonatoren, die eine übermäßige Elektronendichte in Graphen einbringen, und Akzeptoren, die im Gegensatz dazu Graphenelektronen anziehen. Es stellte sich heraus, dass Elektronendonatoren die Bindungsstärke zwischen einem Naphthalinmolekül und einem zweidimensionalen Material erhöhten, während Akzeptoren dagegen abnahmen.
Wissenschaftler erklären diesen Effekt durch theoretische Berechnungen. Computersimulationen haben gezeigt, dass Donorverunreinigungen zur Ausdehnung der Elektronenhüllen von Kohlenstoffatomen führen. Dies erhöht ihre Polarisierbarkeit - die Fähigkeit, aufgrund der Umverteilung der Elektronendichte eine überschüssige elektrische Ladung zu erzeugen.
Van-der-Waals-Kräfte entstehen durch die Polarisation der Elektronenschalen von Atomen, die nahe genug beieinander liegen. Sie sind viel schwächer als traditionelle chemische Bindungen - kovalent und Wasserstoff, aber dank ihnen erweisen sich schwere Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Paraffine, als Feststoffe.
