Grafano

El grafano es un polímero bidimensional de carbono e hidrógeno con la fórmula unitaria (CH) _n, donde n es grande. ^{[ 1 ]} La hidrogenación parcial produce grafeno hidrogenado, que fue reportado por Elias et al. en 2009 mediante un estudio TEM como "evidencia directa de un nuevo derivado basado en grafeno". Los autores consideraron el panorama como "una gama completa de nuevos cristales bidimensionales con propiedades electrónicas y otras propiedades diseñadas". Con rangos de banda prohibida de 0 a 0,8 eV ^{[ 2 ]}

Su preparación se informó en 2009. ^{[ 2 ]} El grafano se puede formar mediante hidrogenación electrolítica de grafeno, grafeno de pocas capas o grafito pirolítico altamente orientado . En este último caso, se puede utilizar la exfoliación mecánica de las capas superiores hidrogenadas. ^{[ 3 ]}

La primera descripción teórica del grafano se publicó en 2003. ^{[ 4 ]} Se encontró, mediante un método de expansión de clústeres, que la estructura era la más estable de todas las posibles proporciones de hidrogenación del grafeno. ^{[ 4 ]} En 2007, los investigadores descubrieron que el compuesto es más estable que otros compuestos que contienen carbono e hidrógeno, como el benceno , el ciclohexano y el polietileno . ^{[ 1 ]} Este grupo denominó al compuesto predicho grafano, porque es la versión completamente saturada del grafeno.

El grafano está compuesto esencialmente por unidades de ciclohexano y, al igual que este, su conformación estructural más estable no es planar, sino una estructura fuera del plano, que incluye las conformaciones de silla y bote, para minimizar la tensión del anillo y permitir el ángulo de enlace tetraédrico ideal de 109,5° para los átomos con hibridación sp³ ^. Sin embargo, a diferencia del ciclohexano, el grafano no puede interconvertirse entre estas conformaciones, ya que no solo son topológicamente diferentes, sino que también son isómeros estructurales con configuraciones distintas. En la conformación de silla, los hidrógenos se alternan por encima o por debajo del plano, entre átomos de carbono vecinos, mientras que en la de bote, los hidrógenos se alternan en pares por encima y por debajo del plano. Existen otros isómeros conformacionales posibles, como el bote retorcido y el bote retorcido-silla. Al igual que con el ciclohexano, la conformación más estable del grafano es la de silla, seguida de la de bote retorcido. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Si bien el pandeo del conformero de silla implicaría una contracción de la red, ^{[ 6 ]} los cálculos muestran que la red en realidad se expande en aproximadamente un 30% ^{[ 7 ]} debido al efecto opuesto en el espaciado de la red de los enlaces carbono-carbono (CC) más largos, ya que el enlace sp ³ del grafano produce enlaces CC más largos de 1,52 Å en comparación con el enlace sp ² del grafeno que produce enlaces CC más cortos de 1,42 Å. ^{[ 7 ]} Como se acaba de establecer, teóricamente si el grafano fuera perfecto y en todas partes en su conformero de silla estable, la red se expandiría; sin embargo, la existencia de dominios donde el conformero de bote retorcido localmente estable domina "contribuye a la contracción de la red observada experimentalmente". ^{[ 6 ]} Cuando los experimentadores han caracterizado el grafano, han encontrado una distribución de espaciados de red, correspondientes a diferentes dominios que exhiben diferentes conformeros. ^{[ 6 ]} Cualquier desorden en la conformación de hidrogenación tiende a contraer la constante de red en aproximadamente un 2,0%. ^{[ 8 ]}

El grafano es un aislante. La funcionalización química del grafeno con hidrógeno puede ser un método adecuado para abrir una brecha de banda en el grafeno. ^{[ 1 ]} Se propone que el grafano dopado con P sea un superconductor de alta temperatura según la teoría BCS con una T _c superior a 90 K. ^{[ 9 ]}

La hidrogenación parcial produce grafeno hidrogenado en lugar de grafano (totalmente hidrogenado). ^{[ 2 ]} Estos compuestos suelen denominarse estructuras "similares al grafano". El grafano y las estructuras similares al grafano pueden formarse mediante hidrogenación electrolítica de grafeno, grafeno de pocas capas o grafito pirolítico altamente orientado . En este último caso, puede utilizarse la exfoliación mecánica de las capas superiores hidrogenadas. ^{[ 3 ]}

La hidrogenación del grafeno sobre un sustrato afecta solo a una cara, conservando la simetría hexagonal. La hidrogenación unilateral del grafeno es posible debido a la existencia de ondulaciones. Debido a que estas se distribuyen aleatoriamente, el material obtenido es desordenado, a diferencia del grafano de dos caras. ^{[ 2 ]} El recocido permite que el hidrógeno se disperse, volviendo al grafeno. ^{[ 10 ]} Las simulaciones revelaron el mecanismo cinético subyacente. ^{[ 11 ]}

Se postula que el grafano dopado con p es un superconductor de alta temperatura ^según la teoría BCS con una T _c superior a 90 K. ^{[ 9} ]

Se ha propuesto el grafano para el almacenamiento de hidrógeno. ^{[ 1 ]} La hidrogenación disminuye la dependencia de la constante de red con la temperatura, lo que indica una posible aplicación en instrumentos de precisión. ^{[ 8 ]}

• 14 de septiembre de 2010. Las vacantes de hidrógeno inducen ferromagnetismo estable en el grafano. Archivado el 27 de noviembre de 2010 en Wayback Machine .
• 25 de mayo de 2010 El grafano ofrece un nuevo potencial
• 2 de mayo de 2010 El grafano dopado debería ser superconductor a 90 K