Введение
Дефект, зависящий от перехода связи в структуре молекулярных материалов Дефект Стоуна Уэльса - это кристаллографический дефект, который включает в себя изменение соединения двух π связанных атомов углерода, приводя к их вращению на 90° относительно средней точки их связи. Реакция обычно включает преобразование между нефталеновой структурой в фулваленовую структуру, то есть два кольца, которые имеют общий край против двух отдельных колец, вершины которых связаны друг с другом. Реакция происходит на углеродных нанотрубках, графене и подобных карбоновых структурах, где четыре прилегающих шестичленных кольца пирена-подобной области превращаются в два пятичленных кольца и два семичленных кольца, когда связь, объединяющая два прилегающих кольца, вращается. Считается, что перестановка этих материалов имеет важное значение для тепловых, химических, электрических и механических свойств. Перестановка является примером перестановки пирациклина.
A Stone–Wales defect is a crystallographic defect that involves the change of connectivity of two π bonded carbon atoms, leading to their rotation by 90° with respect to the midpoint of their bond. The reaction commonly involves conversion between a naphthalene like structure into a fulvalene like structure, that is, two rings that share an edge vs two separate rings that have vertices bonded to each other. The reaction occurs on carbon nanotubes, graphene, and similar carbon frameworks, where the four adjacent six membered rings of a pyrene like region are changed into two five membered rings and two seven membered rings when the bond uniting two of the adjacent rings rotates. In these materials, the rearrangement is thought to have important implications for the thermal, chemical, electrical, and mechanical properties. The rearrangement is an example of a pyracyclene rearrangement.
История
Дефект назван в честь Энтони Стоуна и Дэвида Уэльса из Кембриджского университета, которые описали его в статье 1986 года об изомеризации фуллеренов. Однако аналогичный дефект был описан гораздо раньше Г. Д. Динесом в 1952 году в статье о диффузионных механизмах в графите, а позже в 1969 году в статье о дефектах в графите Питером Трауэром. По этой причине иногда используется термин "дефект Уэльса".
Структурные последствия
Дефекты были обнаружены с помощью сканирующей туннельной микроскопии и электронной микроскопии передачи и могут быть определены с использованием различных методов вибрационной спектроскопии. Было предложено, что процесс коалесценции фуллеренов или углеродных нанотрубок может происходить через последовательность таких перестановок. Считается, что этот дефект отвечает за наноуровневую пластичность и хрупкость в углеродных нанотрубках.
Химические детали
Энергия активации для простого атомного движения, которое дает вращение связи, явную в дефектах Стоун-Уэльса, довольно высока - барьер в несколько электронвольт. Но различные процессы могут создавать дефекты при значительно более низких энергиях, чем можно было бы ожидать. Высокая сродственность этих дефектов к водороду в сочетании с большой площадью поверхности сыпучего материала может сделать эти дефекты важным аспектом в использовании углеродных наноматериалов для хранения водорода. Включение дефектов вдоль сети углеродных нанотрубок может запрограммировать схему углеродных нанотрубок для повышения проводимости вдоль определенного пути. В этом сценарии дефекты приводят к делокализации заряда, которая перенаправляет входящий электрон по заданной траектории.