El grafino es un alótropo del carbono . Aunque se ha estudiado en modelos teóricos, es muy difícil de sintetizar y solo se han creado pequeñas cantidades de pureza incierta. Su estructura es de láminas planas de un átomo de espesor de átomos de carbono con enlaces sp y sp 2 dispuestos en red cristalina. Puede verse como una red de anillos de benceno conectados por enlaces de acetileno . El material se llama grafino- n cuando los anillos de benceno están conectados por n moléculas de acetileno secuenciales, y grafino para un caso particular de n = 2 ( enlaces de diacetileno ).
Dependiendo del contenido de grupos acetileno, el grafito puede considerarse una hibridación mixta, sp k , donde k puede ser 1 o 2, [1] [2] y por lo tanto difiere de la hibridación del grafeno (considerado sp 2 puro ) y el diamante (sp 3 puro ).
Los cálculos de primeros principios demostraron que las estructuras periódicas de grafina y sus análogos de nitruro de boro son estables. Los cálculos utilizaron curvas de dispersión de fonones y simulaciones de dinámica molecular mecánica cuántica a temperatura finita ab-initio . [3]
El grafino fue propuesto teóricamente por primera vez por Baughman et al. en 1987. [4] En 2010, Li et al. desarrollaron la primera metodología exitosa para crear películas de grafdiino usando la reacción de acoplamiento cruzado de Glaser-Hay con hexaetinilbenceno. [5] El enfoque propuesto permite sintetizar grafdiino y graftetrayno a escala nanométrica, que carecen de orden de largo alcance. En 2019, Cui y sus colaboradores informaron sobre una técnica mecanoquímica para obtener grafino usando benceno y carburo de calcio . [6] Aunque se puede obtener un grafino a escala de gramos usando este enfoque, los grafinos con cristalinidad de largo alcance en un área grande siguen siendo difíciles de alcanzar.
En 2022, se realizó con éxito la síntesis de γ-grafina multicapa mediante la polimerización de 1,3,5-tribromo-2,4,6-trietinilbenceno en condiciones de acoplamiento de Sonogashira . La espectroscopia de infrarrojo cercano y la voltamperometría cíclica del material determinaron la banda prohibida en 0,48 ± 0,05 eV, lo que coincide con la predicción teórica para los materiales basados en grafina. [7] : 4 [8]
A pesar de los numerosos esfuerzos realizados con distintos enfoques, no se ha descubierto ningún método de síntesis que permita crear grafeno de calidad. Las pequeñas cantidades impuras creadas hasta la fecha no permiten una caracterización suficiente para verificar las propiedades teóricas. [7] : 12
Mediante el uso de modelos informáticos, los científicos han predicho varias propiedades de la sustancia en geometrías supuestas de la red. Sus estructuras propuestas se derivan de la inserción de enlaces de acetileno en lugar de enlaces simples carbono-carbono en una red de grafeno. [9] Se teoriza que el grafino existe en múltiples geometrías. Esta variedad se debe a las múltiples disposiciones del carbono hibridado sp y sp 2 . Las geometrías propuestas incluyen una estructura de red hexagonal y una estructura de red rectangular . [10] De las estructuras teorizadas, la red rectangular de 6,6,12-grafino puede tener el mayor potencial para futuras aplicaciones.
Los modelos predicen que el grafito tiene el potencial de formar conos de Dirac en sus átomos de carbono con doble y triple enlace. [ cita requerida ] Debido a los conos de Dirac, las bandas de conducción y valencia se encuentran de manera lineal en un único punto en el nivel de Fermi . La ventaja de este esquema es que los electrones se comportan como si no tuvieran masa, lo que da como resultado energías que son proporcionales al momento de los electrones. Al igual que en el grafeno, el grafito hexagonal tiene propiedades eléctricas que son independientes de la dirección. Sin embargo, debido a la simetría del 6,6,12-grafito rectangular propuesto, las propiedades eléctricas cambiarían en diferentes direcciones en el plano del material. [10] Esta característica única de su simetría permite que el grafito se autodope, lo que significa que tiene dos conos de Dirac diferentes que se encuentran ligeramente por encima y por debajo del nivel de Fermi. [10] El efecto de autodopaje del 6,6,12-grafito se puede ajustar de manera efectiva aplicando una tensión externa en el plano. [11] Las muestras de grafin sintetizadas hasta la fecha han mostrado un punto de fusión de 250-300 °C, baja reactividad en reacciones de descomposición con oxígeno, calor y luz. [9]
Se ha planteado la hipótesis de que el grafino es preferible al grafeno para aplicaciones específicas debido a su estructura energética particular, es decir, los conos de Dirac dependientes de la dirección. [12] [13] La dependencia direccional del 6,6,12-grafino podría permitir la formación de rejillas eléctricas a escala nanométrica. [14] Esto podría conducir al desarrollo de transistores más rápidos y dispositivos electrónicos a escala nanométrica. [10] [15] [16] Recientemente se demostró que la transferencia de electrones fotoinducida desde los socios donadores de electrones al γ-grafino es favorable y ocurre en una escala de tiempo de nano a subpicosegundos. [17]
