フルオログラフェン
上から見た椅子型フルオログラフェン構造
横から見た椅子型フルオログラフェン構造
フルオログラフェン
識別子
ChemSpider
  • なし
性質
CF 1(.1)
モル質量変数
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）における材料のものです。
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フルオログラフェン（またはパーフルオログラフェン、フッ化グラフェン）は、グラフェンのフルオロカーボン誘導体です。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] sp3混成炭素の2次元炭素シートで、各炭素原子は1つのフッ素に結合しています。化学式は(CF) nです。比較すると、テフロン（ポリテトラフルオロエチレン）-(CF2 ) n-は、各炭素が2つのフッ素に結合した炭素「鎖」で構成されています

フルオログラフェンとは異なり、グラフェンは不飽和（sp 2混成）で、完全に炭素でできています。フルオログラフェンの炭化水素類似体はsp 3混成グラフェンです。他のフルオロカーボン（例えばパーフルオロヘキサン）と同様に、フルオログラフェンは高い絶縁性を示します。フルオログラフェンは熱的に安定しており、ポリテトラフルオロエチレンに似ていますが、化学的には反応性があります。高温でヨウ化カリウムと反応させることでグラフェンに戻ることができます。 [ 3 ]フルオログラフェンとNaOHおよびNaSHとの反応では、還元的脱フッ素化と置換が同時に起こります。フルオログラフェンの反応性は、グラフェン誘導体への容易な道を示しています。[ 4 ]

準備

この材料は、2010年に30℃のキセノン二フッ化物にさらした銅箔上にグラフェンを成長させることで初めて作られました。 [ 1 ]その後まもなく、70℃のキセノン二フッ化物にさらしながら、金グリッド上でグラフェンを切断して組み合わせることによってもフルオログラフェンを調製できることが発見されました。 [ 2 ]また、2010年に、Withersらはフッ素化グラファイト（単層、24％フッ素化）の剥離について説明し、 [ 5 ] Chengらは可逆的なグラフェンフッ素化を報告しました。[ 6 ]化学量論的フルオログラフェンは、フッ化グラファイトの化学的剥離によっても調製されました。[ 3 ]また、フッ化グラフェンは、短寿命の中間体としてヨウ化グラフェンを形成するヨウ素との反応によってグラフェンに戻ることができることも示されました。[ 3 ]

構造

フルオログラフェンの構造は、弱く結合した積層フルオログラフェン層からなるグラファイトモノフルオリド（CF）nの構造から導き出すことができ、その最も安定した配座（単結晶で予測される）は、ABスタッキング配列で共有結合したC-F結合を持つトランスリンクシクロヘキサンチェアの無限の配列を含みます。 [ 7 ]推定CF距離は136-138pm、CC距離は157-​​158pm、CCC角度は110°です。[ 8 ]フルオログラフェンの可能な配座は、計算機によって広範囲に調査されています。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

電子特性

フルオログラフェンは、そのIV特性が強く非線形であり、ゲートに依存しない抵抗が1GΩを超えることから、ワイドギャップ半導体であると考えられています。さらに、蛍光およびNEXAFS測定では、バンドギャップが3.8eVより高いことが示されています。理論計算では、フルオログラフェンのバンドギャップの推定はかなり難しい作業であることが示されています。GGA関数は3.1eV、ハイブリッド（HSE06）は4.9eV、GWは8.1eV（PBE 8.1の上に）または8.3eV（HSE06の上に）を提供します。Bethe -Salpeterの式で計算された光学遷移は5.1eVに等しく、1.9eVの非常に強い励起子結合エネルギーを示しています。[ 8 ]最近、グラフェンチャネルを備えた電界効果トランジスタ（FET）のパッシベーション層としてフルオログラフェンを使用すると、キャリア移動度が大幅に向上することが実証されました。[ 13 ]

反応

フルオログラフェンは求核置換反応や還元脱フッ素化反応を起こしやすいため、数多くのグラフェン誘導体の合成に使える特別な前駆物質となっている。これらの反応経路は両方ともフルオログラフェンを化学的に操作するために利用でき、溶媒などの適切な条件で調整することができる。 [ 14 ] 2010 年には、フルオログラフェンを KI 処理することでグラフェンに変換できることが示された。[ 3 ]求核剤はフッ素原子を置換し、部分的または完全な脱フッ素化を引き起こすことができる。[ 15 ]フルオログラフェンの反応性は点欠陥によって引き起こされる。[ 16 ]フルオログラフェンの反応性に関する知識は、i) F と他の官能基の混合物 (例えば、-F と -SH の両方を含むチオフルオログラフェン[ 17 ]など)、または ii) 官能基のみ (および任意の -F グループ) を選択的に含む新しいグラフェン誘導体の合成に利用できる。グリニャール反応とフルオログラフェンとの反応を利用することで、アルキルおよびアリール基をグラフェンに選択的に付加することができ、この反応はグラフェンの高度な官能基化につながる。[ 18 ]非常に有望で選択的なグラフェン誘導体であるシアノグラフェン（グラフェンニトリル）は、 NaCNとフルオログラフェンとの反応によって合成された。この材料はさらに、表面に-COOH基が官能基化されたグラフェン酸の合成に使用され、このグラフェン酸はアミンやアルコールと効果的に共役できることが示された。これらの発見は、高収率で選択的なグラフェン官能基化への新たな扉を開くものである。[ 19 ]

その他のハロゲン化グラフェン

最近の研究では、フッ素化と同様に、グラフェンの完全な塩素化も達成できることが明らかになっています。得られた構造はクロログラフェンと呼ばれます。[ 20 ] [ 21 ]しかし、他の理論計算では、クロログラフェンの常温での安定性に疑問が投げかけられています。[ 22 ]

また、グラフェンは、CVD法によってフッ素化またはハロフッ素化することができ、炭素材料をフッ素系有機物質と接触させながら加熱することで、フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、またはハロフルオロカーボンを用いて、部分的にフッ素化された炭素（いわゆるフルオロカーボン材料）を形成する。[ 23 ] [ 24 ]

ハロゲン化グラフェンの調製、反応性および特性に関する概要はACS Nanoジャーナルで無料で入手可能です。[ 7 ]

参照

参考文献

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