ИСТИНА

Первичные углеродные наночастицв, полученные различными способами, включают алмазное ядро и внешнюю оболочку, состоящую преимущественно из атомов углерода в sp2-гибридизации. Свойства первичных частиц определяются, в первую очередь, строением поверхности и реакционной способностью ее структурных элементов: их конфигурацией, а также числом, свободной валентностью и эффективными зарядами составляющих их координационно-ненасыщенных атомов углерода. Все эти аспекты до сих пор не изучены. С целью выявления закономерностей формирования элементов поверхности и влияния локальной кривизны поверхности частицы на этот процесс была проведена оптимизация структуры углеродных наночастиц, содержащих от 70 до 250 атомов углерода, причем в качестве исходных приближений были взяты фрагменты периодической решетки алмаза. На поверхности оптимальных структур встречается только один тип алмазоподобных фрагментов – небольшие (до 3 Å) четырехатомные пирамидальные шапки, стабилизируемые преимущественно пятичленными кольцами, часть атомов которых принадлежит алмазному ядру. По сравнению с правильной структурой алмаза эти шапки слегка искажены и скручены. Другие характерные фрагменты поверхности правильного алмаза — шестичленные кольца в конформации «кресло» —при большой локальной кривизне поверхности существенно искажены: на их месте формируются либо кольца меньшего размера (пятичленные), либо относительно протяженные складчатые кольца, окаймляющие неглубокие впадины, способные захватывать небольшие инородные частицы. При меньшей локальной кривизне поверхности, когда увеличивается число мостиков —С—С— и цепочек двухоординированных атомов —С—, именно эти элементы начинают играть решающую роль в формировании основных мотивов поверхности. Формирование дополнительных связей м между мостиковыми атомами приводит к появлению пяти- и шестичленных колец, которые либо стабилизируют уже имеющиеся на поверхности кольцевые или пирамидальные элементы, либо (путем сшивки между собой) объединяются в последовательности колец, которые при дальнейшем уплощении могут выступать зародышами поперечных сечений нанотрубок или лент графеноподобных слоев. При наименьшей локальной кривизне поверхности (из рассмотренных нами) конфигурация поверхностных шестичленных колец становится наиболее плоской Все перечисленные структурные элементы могут оказаться граничными, обрамляя полости различной протяженности, обычно с выделяемыми сегментами меньшего размера. Последние способными за счет дисперсионных сил связывать как небольшие инородные частицы, так и частицы с относительно длинным неразветвленным скелетом, выступая в роли адсорбционных центров. Остающиеся в структуре двухкоординированные атомы характеризуются относительно небольшой связанной валентностью, от 1.8 до 2.7, имея небольшие положительные заряды. Их ближайшие соседи обычно отрицательно заряжены, что создает определенную поляризацию соответствующих участков поверхности, делая возможными поляризационные взаимодействия с инородными частицами.