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Pressure-induced polymerization of 1,4-difluorobenzene towards fluorinated diamond nanothreads

1,4-ジフルオロベンゼンのフッ素化ダイヤモンドナノスレッドへの圧力誘起重合

Che, G.*; Fei, Y.*; Tang, X.*; Zhao, Z.*; 服部 高典   ; 阿部 淳*; Wang, X.*; Ju, J.*; Dong, X.*; Wang, Y.*; Li, K.*; Zheng, H.*

Che, G.*; Fei, Y.*; Tang, X.*; Zhao, Z.*; Hattori, Takanori; Abe, Jun*; Wang, X.*; Ju, J.*; Dong, X.*; Wang, Y.*; Li, K.*; Zheng, H.*

芳香族分子の圧力誘起重合(PIP)は、様々な炭素系材料を合成するための効果的な方法として浮上してきた。目的とする構造や機能を得るためには、適切な官能基化された分子前駆体の選択が極めて重要である。本研究では、1,4-ジフルオロベンゼン(1,4-DFB)をPIPの構成要素として選択した。1,4-DFBをその場高圧で調べた結果、約12.0GPaで相転移が起こり、18.7GPaで不可逆的な化学反応が起こることがわかった。生成物の構造解析と反応のカイネティクスから、直線的な成長を伴う擬六方晶積層フッ素ダイヤモンドナノスレッドの形成が明らかになった。高圧下のベンゼンの結晶構造と比較して、1,4-DFBは[001]軸に沿って高い圧縮を示す。この異方的な圧縮は、[01$$overline{1}$$]軸に沿ったより強いH$$cdot cdot cdot pi$$相互作用と、[100]軸と[010]軸に沿った潜在的な圧縮阻害H$$cdot cdot cdot$$F相互作用に起因し、[01$$overline{1}$$]軸に沿った可能な反応経路を促進する。この研究は、分子スタッキングを調節し、反応経路に影響を与える官能基化の重要な役割を強調している。

Pressure-induced polymerization (PIP) of aromatic molecules has emerged as an effective method for synthesizing various carbon-based materials. In this work, PIP of 1,4-difluorobenzene (1,4-DFB) was investigated. ${it In situ}$ high-pressure investigations of 1,4-DFB reveal a phase transition at approximately 12.0 GPa and an irreversible chemical reaction at 18.7 GPa. Structural analysis of the product and the kinetics of the reaction uncovered the formation of pseudohexagonal stacked fluoro-diamond nanothreads with linear growth. Compared to the crystal structures of benzene under high pressure, 1,4-DFB exhibits higher compression along the [001] axis. The anisotropic compression is attributed to the stronger H$$cdot cdot cdot pi$$ interaction along the [01$$overline{1}$$] axis and the potential compression-inhibiting H$$cdot cdot cdot$$F interactions along the [100] and [010] axes, and it facilitates a possible reaction pathway along the [01$$overline{1}$$] axis. This work emphasizes the crucial role of functionalization in modulating molecular stacking and influencing the reaction pathway.

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分野:Chemistry, Physical

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