Graphdyin (GDY) je poměrně nový materiál se zajímavými vlastnostmi. Je to 2D materiál skládající se z benzenových kruhů (sp2 uhlíky) propojených butadienovými linkery (sp uhlíky). Tímto způsobem dochází k tvorbě rozsáhlého konjugovaného π-systému, struktura GDY sestává ze čtyř typů vazeb: C(sp2)-C(sp2), C(sp)-C(sp2), C(sp)-C(sp) a C(sp)≡C(sp).[1]
Příprava
Standardně se připravuje cross-couplingovou reakcí hexaethynylbenzenu (HEB) za katalýzy mědí za nízké teploty. Pro přípravu tenkých vrstev byla vyvinuta metoda, kdy jsou kapičky HEB rozprašovány na povrch měděného katalyzátoru, tak lze vyrobit dobře definované vrstvy GDY o tloušťce 3 nm.
Kromě samotného GDY známe i množství derivátů vzniklých substitucí uhlíku jiným prvkem, např. borem nebo dusíkem nebo zavedením kovu, příp. kovů do sítě GDY.
Reakcí HEB s dijodbutadiynem vzniká další allotrop – graphtetrayn (GTY), ten má benzenová jádra propojená řetězcem čtyř acetylenových jednotek
Využití
Jednou z perspektivních aplikací derivátů GDY jsou katalyzátory pro elektrochemické procesy. Příkladem mohou být elektrochemické výroby vodíku a kyslíku pro energetická zařízení. Pro zvýšení životnosti a účinnosti uhlíkových katalyzátorů se dopují heteroatomy, např. dusíkem nebo sírou. Dopování dusíkem se provádí v atmosféře amoiaku, síra se zavádí pomocí thimočoviny.
Dusík může ve struktuře GDY vystupovat ve čtyřech různých formách: pyridinový (fialový), grafitový (červený), sp-dusík (zelený) a jako amino skupinu (modrý).
Další možností je využití v technologiích na ukládání energie. V současných Li-ION bateriích se využívá grafit jako anoda, protože dokáže reverzibilně přijímat a uvolňovat lithné ionty (Li+) mezi uhlíkové vrstvy.[2] U GDY je možná interakce lithných kationtů nejen s benzenovými kruhy a butadienovými linkery, ale i s trojúhelníkovými kavitami, které mají velmi vysokou kapacitu na uchovávání lithných iontů. Tím dochází k nárůstu kapacity materiálu.