Ученые из Института органической химии (ИОХ) РАН, под руководством Валентина Ананикова, выяснили, что графен является эффективным химическим экраном, т.е. он «гасит» взаимодействия между молекулами. Статью об этом, опубликованную в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, пересказывает пресс-релиз лаборатории.
Молекулы, находящиеся по разные стороны от слоя графена (который, напомним, имеет толщину в один атом), не могут непосредственно реагировать друг с другом, однако, тем не менее, с помощью определенных физических сил могут оказывать друг на друга существенное воздействие, притяниваясь или меняя заряд. Сотрудники ИОХ поставили перед собой задачу выяснить, в какой степени графен «гасит» это влияние.
Первая часть исследования была теоретической: методами молекулярного моделирования, Анаников с коллегами смоделировали взаимодействие между молекулами субстрата (в их роли выступили карбонильные комплексы палладия, используемые химиками как предшественники катализаторов) и активными частицами (различные органические многозарядные катионы, т. е. положительно заряженные ионы). В обычных условиях активная частица придавала молекуле субстрата значительный положительный заряд. Однако, если между ними были помещены листы графена, картина менялась: один лист «разряжал» взаимодействие на 25%, от первоначального уровня; второй лист графена добавлял к этому еще 20%, а третий — 12%.
Практическая часть подтвердила теоретический прогноз. Ученые брали углеродные материалы с дефектами на поверхности, которые (дефекты) служили аналогами активных частиц. В нормальных условиях частицы палладия притягивались именно туда, где были эти дефекты. Однако, если углеродный материал покрывали несколькими слоями графена, палладиевые комплексы уже распределялись по их поверхности равномерно. Таким образом, можно считать доказанным тот факт, что графен является эффективным химическим экраном.
Это открытие имеет как теоретическое, так и практическое значение. Первое заключается в том, что мы стали еще немного лучше понимать химию графеновых систем. Второе же открывает дорогу к целенаправленному изменению реакционной способности молекул и созданию углеродных нанореакторов нового типа, которые будут одновременно и катализаторами.
Графен, открытый совсем недавно, не перестает удивлять ученых новыми свойствами и возможностями. Из последнего, отметим предложения о создании на его основе имплантантов для мозга и сверхтонких ярких лампочек.
