Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Химия материалов → Нанохимия ↓


Наноматериалы на основе углерода


Наноматериалы на основе углерода — это увлекательная подгруппа материалов в нанохимии, охватывающая разнообразные структуры и свойства. Эти материалы в основном состоят из атомов углерода, которые упорядочены в определенные наноструктуры, такие как углеродные нанотрубки, графен, фуллерен и другие. Уникальная структурная универсальность углерода и его отличные физические, химические и механические свойства позволяют этим наноматериалам иметь множество потенциальных применений, от электроники до медицины.

Понимание углеродных структур

Атомы углерода могут образовывать разнообразные структуры благодаря своей способности образовывать четыре ковалентные связи с другими атомами, включая другие атомы углерода. Эта универсальность позволяет углероду образовывать как стабильные линейные цепи, так и сложные трехмерные структуры. Некоторые из наиболее распространенных аллотропов углерода включают:

  • Графит: Слоистая структура, в которой атомы углерода связаны между собой в гексагональных решетках.
  • Алмаз: Трехмерная структура, в которой каждый атом углерода ковалентно связан с четырьмя другими атомами, образуя прочную жесткую решетку.
  • Аморфный углерод: Не имеет четкой формы или структуры, и атомы углерода расположены в более случайной конфигурации.

Ключевые наноматериалы на основе углерода

1. Фуллерен

Фуллерены, также известные как "бакиболы", это сферические структуры из атомов углерода. Наиболее известным является C60, который по структуре напоминает футбольный мяч.

C60: Сфера, состоящая из 20 гексагонов и 12 пентагонов (как футбольный мяч).

Фуллерены обладают уникальными свойствами, такими как высокая электронная аффинность, большая площадь поверхности и способность к многочисленным химическим реакциям, что делает их полезными в материалах и медицинских приложениях.

2. Углеродные нанотрубки (CNTs)

Углеродные нанотрубки — это цилиндрические структуры, созданные путем сворачивания слоев графена. Они могут быть однослойными (SWCNT) или многослойными (MWCNT).

SWCNT: Цилиндр из одного слоя графена. MWCNT: Несколько слоев цилиндров из графена.

Эти структуры обладают выдающейся прочностью на разрыв, термической устойчивостью и электрической проводимостью. CNTs используются в различных областях, включая композитные материалы, электронику и сенсоры.

3. Графен

Графен — это один слой атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Он является основным структурным элементом других наноматериалов на основе углерода, таких как CNTs и фуллерены.

Графен: Лист углеродных атомов толщиной в один атом.

Графен обладает невероятной электрической проводимостью, механической прочностью и теплопроводностью. Это делает его отличным кандидатом для таких применений, как гибкая электроника, проводящие чернила и устройства хранения энергии.

Применение наноматериалов на основе углерода

Уникальные свойства наноматериалов на основе углерода создают возможности в ряде отраслей:

Электроника

Наноматериалы на основе углерода революционизируют электронные приложения благодаря их отличной электрической проводимости. Вот некоторые типичные применения:

  • Транзисторы: Графен используется для создания более быстрых, меньших транзисторов, чем традиционный кремний.
  • Прозрачные проводники: Пленки из графена или CNTs могут заменить диоксид индия и олова (ITO) для сенсорных экранов и солнечных батарей.

Хранение и преобразование энергии

Высокая площадь поверхности и проводимость наноматериалов на основе углерода делают их отличными кандидатами для энергоемких приложений:

  • Суперконденсаторы: CNTs и графен используются для создания высокопроизводительных суперконденсаторов с быстрой зарядкой/разрядкой.
  • Батареи: Эти материалы интегрированы в электроды литий-ионных батарей для улучшения емкости и циклов зарядки.

Медицина и биотехнологии

Биосовместимость и функционализация наноматериалов на основе углерода открывают новые возможности в области здравоохранения:

  • Доставка лекарств: Фуллерены используются для переноса и доставки лекарств в целевые клетки.
  • Визуализация: CNTs улучшают контраст в МРТ и могут использоваться в качестве агентов для тепловизионной визуализации.

В заключение, наноматериалы на основе углерода обладают невероятным потенциалом для влияния на различные области благодаря своим уникальным свойствам и структурам. От электроники до медицины эти наномасштабные материалы предлагают инновационные решения для существующих проблем, прокладывая путь к достижениям в области технологий и здравоохранения.


Докторант → 7.2.2


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (7.2.1)
Наночастицы и наноструктуры
Следующий (7.2.3) →
Квантовые точки

Комментарии 



Наноматериалы на основе углерода

https://www.chemistryelite.com/phd/7.2.2?ceal=ru