Международная группа ученых разработала метод получения графана – гидрированного производного графена (материала, представляющего собой листы моноатомной толщины, образованные атомами углерода). Ученые из Великобритании, России и Нидерландов утверждают, что изолирующие свойства графана дополняют отличные проводящие свойства графена, открывая новые перспективы для разработки графеновой наноэлектроники и водородного топлива

В работе «Control of Graphene's Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane», опубликованной в журнале Science, впервые показано осуществление химического превращения графена, приводящего к контролируемому изменению его свойств и обеспечивающего применение в конкретных задачах. Использование потока водорода позволяет обратимо превращать графен в графан.

В результате добавления атомов водорода к графену (вверху) образуется графан (внизу).

Ученые, открывшее это превращение, в 2004 году были первыми исследователями, относительно несложным методом получившими графен. В графене делокализация электронов приводит к высокой электрической проводимости; это легло в основу идеи создания сверхбыстрых наноразмерных графеновых транзисторов. В то же время, самой большой помехой к осуществлению подобных задач становится невозможность контролировать перемещение электронов.

Ученые исследовали возможность преодоления этого эффекта с помощью разделения графеновых листов на полосы шириной в несколько нанометров, однако этот подход не позволил контролировать протекание тока в графене. Ученые пришли к выводу, что невозможно остановить перетекание электронов в графене, поскольку оно является следствием особенности самой электронной структуры материала – отсутствием запрещенной зоны.

Графан – химически модифицированный графен – возможное решение этой проблемы. «Химическая модификация вносит изменения в электронную структуру графена, создавая ненулевую запрещенную зону», – рассказывает Джордж Софо (Jorge Sofo), профессор в области физики в Университете Пенсильвании, в 2007 году первым предположивший существование полностью гидрированного графена.

«Представьте, что станет возможным получить цельный лист графана, напоминающий пластик, и затем с помощью «волшебного карандаша» удалять из его структуры водород, рисуя таким образом графеновую проводящую схему», комментирует профессор Софо, объясняя задачу, над которой уже работают ученые из его группы. Работа такого «волшебного карандаша», возможно, будет основана на сканирующем принципе.

Размышления о применении графана, с другой стороны, наталкивают на мысль о новых топливных технологиях. Огромная плотность атомов водорода в графане привлекает внимание ученых с целью разработки графеновых хранилищ водорода. Профессор Софо отмечает:«Открытие нами графана – это лишь небольшой шаг. Речь пока идет о небольших островках размером в несколько атомов. Гидрирование таких небольших участков еще не означает создания больших резервуаров для водорода».

Мария Костюкова